Dopplerov efekt

Dopplerov efekt

Poznato je iskustvo da je ton izvora zvuka viši dok nam isti prilazi, a nizak dok se isti udaljava od nas.

Fizika

Povezani dodatci

3D modeli

Dopplerov efekt

  • valne fronte emitiranog zvuka
  • promatrač
  • zvuk približavajućeg vozila
  • zvuk udaljavajućeg vozila

Dopplerov efekt

Zvuk automobila koji nam se približava je drugačiji od onoga koji se od nas udaljava. Ton približavajućeg vozila je viši a udaljavajućeg vozila niži u odnosu na vozilo koje nije u pokretu. Taj se fenomen zove Dopplerov efekt.

Objašnjenje

  • f₀ = 200 Hz
  • f₂ = 200 Hz
  • f₁ = 200 Hz
  • λ₀ = 1.65 m
  • λ₂ = 1.65 m
  • λ₁ = 1.65 m
  • f₀ = 200 Hz - Približna frekvencija zvuka vozila - u stvarnosti ne emitira samo jednu vrstu tona.
  • f₂ = 208 Hz - Ton izvora zvuka je viši kada nam vozilo prilazi.
  • f₁ = 192 Hz - Ton izvora zvuka je niži kada se vozilo udaljava od nas.
  • λ₂ = 1.58 m - Ispred vozila valne fronte postaju gušće, valna dužina se smanjuje, frekvencija se povećava, brzina širenja ostaje nepromijenjena.
  • λ₁ = 1.72 m - Iza vozila valne fronte su rjeđe, valna dužina se povećava, frekvencija se smanjuje, brzina širenja ostaje nepromijenjena.
  • f₀ = 200 Hz - Približna frekvencija zvuka vozila - u stvarnosti ne emitira samo jednu vrstu tona.
  • f₂ = 218 Hz - Ton izvora zvuka je viši kada nam vozilo prilazi.
  • f₁ = 184 Hz - Ton izvora zvuka je niži kada se vozilo udaljava od nas.
  • λ₂ = 1.51 m - Ispred vozila valne fronte postaju gušće, valna dužina se smanjuje, frekvencija se povećava, brzina širenja ostaje nepromijenjena.
  • λ₁ = 1.78 m - Iza vozila valne fronte su rjeđe, valna dužina se povećava, frekvencija se smanjuje, brzina širenja ostaje nepromijenjena.
  • f₀ = 200 Hz - Približna frekvencija zvuka vozila - u stvarnosti ne emitira samo jednu vrstu tona.
  • f₂ = 240 Hz - Ton izvora zvuka je viši kada nam vozilo prilazi.
  • f₁ = 171 Hz - Ton izvora zvuka je niži kada se vozilo udaljava od nas.
  • λ₂ = 1.37 m - Ispred vozila valne fronte postaju gušće, valna dužina se smanjuje, frekvencija se povećava, brzina širenja ostaje nepromijenjena.
  • λ₁ = 1.92 m - Iza vozila valne fronte su rjeđe, valna dužina se povećava, frekvencija se smanjuje, brzina širenja ostaje nepromijenjena.

Objašnjenje

Dopplerov efekt se javlja zbog toga što je brzina prostiranja valova neovisna o brzini izvora zvuka.
Iako je vozilo u pokretu, zvučni valovi koje emitira prostiru se stalnom brzinom ovisno od medija preko kojeg se gibaju. S toga se ispred izvora u pokretu fronte postaju gušće, a u obrnutom slučaju, fronte su rjeđe.
Zbog nagomilanja valnih fronti valna dužina valova se smanjuje.
Kako je umnožak valne dužine i frekvencije jednak brzini širenja koja je pak konstantna vrijednost, frekvencija vala se povećava i s toga čujemo i viši ton.
Iza izvora je obrnuto: valna dužina zvuka se povećava, frekvencija se smanjuje, s toga čujemo niži ton. Ovaj fenomen se može opaziti i u slučaju ako se ne giba izvor zvuka nego promatrač.

Zvučni zid

  • Machov konus - Ako se izvor zvuka giba brže od zvuka, valne fronte se skupljaju duž površine konusa, s toga se amplituda zvuka drastično povećava, a kada se Machov konus prolazi preko njega, promatrač čuje zvuk poput praska.
  • hiperbola - Machov konus prolazi na površini vode u obliku hiperbole.
  • zvučni udar

Zvučni zid

Ako se izvor zvuka kreće takvom brzinom da doseže brzinu zvuka medija, onda nastane sustav valnih fronti koji ima oklopnu površinu u obliku konusa koji se zove Machov konus.

Machov konus se kreće zajedno sa letjelicom. Na površini konusa zvučni valovi porastu, s toga promatrač čuje prasak kada površina konusa prelazi preko njih. Usprkos uvriježenom mišljenju prasak ne nastane probijanjem zvučnog zida, nego se stvara kontinuirano tijekom nadzvučnog leta, ali se ne čuje svugdje.

Prasak prolazi na zemljinoj površini u obliku hiperbole, i može uzrokovati i ozbiljne štete: može razbiti prozore, mogu se pomaknuti nestabilne stijene.
Prasak uslijed probijanja zvučnog zida uzrokuju najčešće supersonični borbeni zrakoplovi, no pri pucanjem bičem se isto čuje zvučni prasak.

Astrofizika

  • udaljavajuća galaktika
  • crveni pomak - U slučaju svjetlosnih valova Dopplerov efekt uzrokuje pomak spektralna linija. U slučaju približavajućeg objekta ove se spektralne linije pomaknu prema crvenoj boji.
  • promatrač

Astrofizika

Slično zvučnim valovima svjetlosni valovi također demonstriraju Dopplerov efekt kada se izvor valova udaljava ili približava promatraču.

Kada se izvor približava, njegova svjetlost ima kraću valnu dužinu, odnosno čini nam se da je plavkaste boje, dok onaj koji se udaljava ima crvenkastu boju. Prema iskustvima, svjetlost galaktika je kontinuirano u pomaku prema crvenom, to jest one se udaljavaju jedne od druge te i od Zemlje i što su udaljenije, to se brže gibaju. To je fenomen crvenog pomaka. Temeljem tog opažanje se rodila opće priznata teorija širećeg svemira.

Ultrazvuk srca

  • srce
  • ultrazvučni dopler aparat - Pri refleksiji se mijenja frekvencija ultrazvuka, s toga možemo dobiti doći do informacije o gibanju unutarnjih organa i krvi koja struji u njima.
  • emitirani val
  • odbijeni val

Ultrazvuk srca

Jedno drugo područje korištenja Dopplerovog efekta je ultrazvučni pregled srca.
Pomoću tradicionalnih ultrazvučnih aparata se može pregledati struktura unutarnjih organa.
Promatrajući valnu dužinu odbijenih ultrazvukova možemo dobiti informaciju i o gibanju unutarnjih organa i krvi koja struji u njima. To nam može dati informaciju o dotoku krvi pregledanog organa ili tumora, ili eventualno o blokiranom stanju krvne žile.
Pri rađanju se za monitoriranje otkucaja srca zametka također koristi ultrazvučni dopler aparat.

Foto-radar

  • Mjerernje brzine pomoću odbijenih radarskih valova
  • foto-radar aparat - Valna dužina vala koja se reflektira sa predmeta u pokretu mijenja se zbog Dopplerovog efekta, a tu promjenu detektira i uređaj.
  • emitirani val
  • odbijeni val

Foto-radar

U prometu se s pomoću Dopplerovog efekta i radara može odrediti brzina kretanja vozila.
Aparat emitira radarski val, kojeg meta reflektira, ali valna dužina odbijenog vala se mijenja prema Dopplerovom efektu.
Temeljem dužine vala odbijenog vala se može izračunati brzina vozila.
Laserski uređaji za mjerenje brzine ne rade na principu Dopplerovog efekta nego na principu preciznog mjerenja vremena odašiljanja laserskih zraka.
Na takav način se može izračunati udaljenost vozila u različitim vremenskim intervalima, a na osnovu toga i brzina.

Animacija

  • 0 km/h
  • 50 km/h
  • 100 km/h
  • 200 km/h

Naracija

Zvuk automobila koji nam se približava je drugačiji od onoga koji se od nas udaljava. Ton približavajućeg vozila je viši a udaljavajućeg vozila niži u odnosu na vozilo koje nije u pokretu. Taj se fenomen zove Dopplerov efekt.

Dopplerov efekt se javlja zbog toga što je brzina prostiranja valova neovisna o brzini izvora zvuka.
Iako je vozilo u pokretu, zvučni valovi koje emitira prostiru se stalnom brzinom ovisno od medija preko kojeg se gibaju. S toga se ispred izvora u pokretu fronte postaju gušće, a u obrnutom slučaju, fronte su rjeđe.
Zbog nagomilanja valnih fronti valna dužina valova se smanjuje.
Kako je umnožak valne dužine i frekvencije jednak brzini širenja koja je pak konstantna vrijednost, frekvencija vala se povećava i s toga čujemo i viši ton.
Iza izvora je obrnuto: valna dužina zvuka se povećava, frekvencija se smanjuje, s toga čujemo niži ton. Ovaj fenomen se može opaziti i u slučaju ako se ne giba izvor zvuka nego promatrač.

Ako se izvor zvuka kreće takvom brzinom da doseže brzinu zvuka medija, onda nastane sustav valnih fronti koji ima oklopnu površinu u obliku konusa koji se zove Machov konus.

Machov konus se kreće zajedno sa letjelicom. Na površini konusa zvučni valovi porastu, s toga promatrač čuje prasak kada površina konusa prelazi preko njih. Usprkos uvriježenom mišljenju prasak ne nastane probijanjem zvučnog zida, nego se stvara kontinuirano tijekom nadzvučnog leta, ali se ne čuje svugdje.

Prasak prolazi na zemljinoj površini u obliku hiperbole, i može uzrokovati i ozbiljne štete: može razbiti prozore, mogu se pomaknuti nestabilne stijene.
Prasak uslijed probijanja zvučnog zida uzrokuju najčešće supersonični borbeni zrakoplovi, no pri pucanjem bičem se isto čuje zvučni prasak.

Povezani dodatci

Karakteristični parametri zvučnih valova

Naš animacija prikazuje najvažnije parametre valova, pomoću zvučnih valova.

Chengdu J-20 Mighty Dragon (China, 2017)

The Chengdu J-20, also known as Mighty Dragon, is a multiple function stealth fighter aircraft.

Concorde (1969)

Prvi redovni putnički zrakoplov koji je nadmašio brzinu zvuka je poletio 1976. godine.

Kako radi zvučnik?

Zvučnik pomoću elektromagnetske indukcije proizvodi zvučne valove.

Vlak TGV POS

Brzi vlak TGV POS saobraća između Pariza i južne Njemačke brzinom od 320 km na sat.

Eksperiment mjesečevog radara (Zoltán Bay, 1946)

Mađarski znanstvenik je bio prvi, kome je 1946. godine uspjelo detektirati radarske odjeke sa Mjeseca.

Gravitacijski valovi (opservatorij LIGO)

Kretanje masivnih tijela povećanom brzinom uzrokuje pulsiranja u prostorvremenu koje se zovu gravitacijski valovi.

Kako funkcionira sonar?

Ova animacija pokazuje kako funkcionira sonar.

Mali potkovnjak

Šišmiši su u stanju da se orijentiraju pa tako i love pomoću ultrazvuka.

Vrste valova

Valovi imaju iznimno značajnu ulogu u više različitih područja našeg života.

Potres

Potres je jedna od prirodnih nepogoda nevjerojatne razorne moći.

Added to your cart.