Efectul Doppler

Efectul Doppler

Este binecunoscut faptul că sunetul unei surse de sunet care se apropie este mai înalt decât sunetul unei surse care se îndepărtează.

Fizică

Suplimente asociate

Animații

Efectul Doppler

  • fronturile de undă ale sunetului emis
  • observator
  • sunetul unui autovehicul care se apropie
  • sunetul unui autovehicul care se îndepărtează

Efectul Doppler

Sunetul unui autovehicul care se apropie este diferit de cel al unui autovehicul care se îndepărtează.
Pe măsură ce autovehiculul se apropie, sunetul este mai înalt, iar după ce se îndepărtează, sunetul este mai grav decât cel al unui autovehicul care staționează. Acest fenomen se numește efectul Doppler.

Explicația fenomenului

  • f₀=200 Hz
  • fₑ=200 Hz
  • fₕ=200 Hz
  • λ₀=1,65 m
  • λₑ=1,65 m
  • λₕ=1,65 m
  • f₀=200 Hz - Frecvența aproximativă a sunetului unui autovehicul – în realitate, autovehiculul nu emite doar un singur tip de sunet.
  • fₑ=208 Hz - Pe măsură ce autovehiculul se apropie, observatorul aude un sunet de frecvență mai înaltă.
  • fₕ=192 Hz - Atunci când autovehiculul se îndepărtează, observatorul aude un sunet de frecvență mai joasă.
  • λₑ=1,58 m - Fronturile de undă se suprapun în fața autovehiculului, lungimea de undă scade, frecvența crește, iar viteza undei nu se modifică.
  • λₕ=1,72 m - Fronturile de undă se dispersează în spatele autovehiculului, lungimea de undă crește, frecvența scade, iar viteza undei nu se modifică.
  • f₀=200 Hz - Frecvența aproximativă a sunetului unui autovehicul – în realitate, autovehiculul nu emite doar un singur tip de sunet.
  • fₑ=218 Hz - Pe măsură ce autovehiculul se apropie, observatorul aude un sunet de frecvență mai înaltă.
  • fₕ=184 Hz - Atunci când autovehiculul se îndepărtează, observatorul aude un sunet de frecvență mai joasă.
  • λₑ=1,51 m - Fronturile de undă se suprapun în fața autovehiculului, lungimea de undă scade, frecvența crește, iar viteza undei nu se modifică.
  • λₕ=1,78 m - Fronturile de undă se dispersează în spatele autovehiculului, lungimea de undă crește, frecvența scade, iar viteza undei nu se modifică.
  • f₀=200 Hz - Frecvența aproximativă a sunetului unui autovehicul – în realitate, autovehiculul nu emite doar un singur tip de sunet.
  • fₑ=240 Hz - Pe măsură ce autovehiculul se apropie, observatorul aude un sunet de frecvență mai înaltă.
  • fₕ=171 Hz - Atunci când autovehiculul se îndepărtează, observatorul aude un sunet de frecvență mai joasă.
  • λₑ=1,37 m - Fronturile de undă se suprapun în fața autovehiculului, lungimea de undă scade, frecvența crește, iar viteza undei nu se modifică.
  • λₕ=1,92 m - Fronturile de undă se dispersează în spatele autovehiculului, lungimea de undă crește, frecvența scade, iar viteza undei nu se modifică.

Explicația fenomenului

Efectul Doppler se produce deoarece viteza de propagare a undelor este independentă de viteza corpului emițător.
Deși autovehiculul se află în mișcare, undele sonore pe care le emite, nu se propagă mai repede decât viteza constantă caracteristică mediului respectiv. Prin urmare, fronturile de undă se suprapun în fața sursei de sunet în mișcare și se risipesc în spatele sursei.
Datorită suprapunerii fronturilor de undă, lungimea de undă a undelor se reduce. Deoarece produsul dintre lungimea de undă și frecvență este egal cu viteza de propagare care este constantă, frecvența undei va crește și vom auzi un sunet mai înalt.
În spatele sursei de sunet se manifestă opusul fenomenului: crește lungimea de undă a sunetului și scade frecvența lui, rezultând un sunet mai grav. Același fenomen poate fi observat atunci când nu se mișcă sursa de sunet, ci observatorul.

Explozie sonică

  • Conul Mach - Dacă sursa sunetului se mișcă mai repede decât sunetul, fronturile de undă formează un con. Aici, amplitudinea sunetului devine foarte mare, observatorul auzind o bubuitură atunci când conul Mach trece deasupra lui.
  • hiperbolă - Atunci când conul Mach intersectează suprafața apei, formează o hiperbolă.
  • explozie sonică

Explozie sonică

Dacă sursa de sunet se deplasează atât de repede încât atinge viteza sunetului caracteristică mediului respectiv, se creează un sistem de fronturi de undă care formează un con. Acesta se numește conul Mach. Conul se deplasează împreună cu vehiculul.

Pe suprafața conului, undele sonore se amplifică reciproc, astfel încât observatorul, peste care trece suprafața conului, va auzi o explozie. Contrar credinței generale, fenomenul nu apare doar în momentul depășirii vitezei sunetului, ci se manifestă continuu în timpul zborului supersonic, doar că nu se aude pretutindeni.

Explozia se deplasează pe suprafața Pământului sub formă de hiperbolă, putând provoca daune grave: poate cauza spargerea ferestrelor sau desprinderea stâncilor instabile.
Exploziile sonice sunt produse mai ales de avioanele de luptă supersonice, dar pocnitura biciului generează, de asemenea, o explozie sonică.

Astrofizică

  • galaxie care se îndepărtează
  • deplasare spre roșu - În cazul undelor de lumină, efectul Doppler determină o deplasare a liniilor spectrale. În cazul unui obiect care se îndepărtează, liniile spectrale sunt deplasate spre roșu.
  • observator

Astrofizică

La fel ca și în cazul undelor sonore, efectul Doppler se manifestă și în cazul undelor de lumină, atunci când sursa undelor se îndepărtează sau se apropie de observator.

Lumina sursei de lumină care se apropie, are o lungime de undă mai scurtă, adică va fi percepută mai albastră, iar lumina emisă de o sursă care se îndepărtează, va fi percepută mai roșie. S-a observat că lumina galaxiilor se deplasează îndeosebi spre roșu, adică se îndepărtează unele de altele și de Pământ; cu cât sunt mai departe, cu atât mai repede se mișcă. Acest fenomen se numește deplasarea spre roșu. Teoria universal acceptată a Universului în expansiune se bazează pe această observație.

Ecocardiografie

  • inimă
  • dispozitiv cu ultrasunete Doppler - Frecvența ultrasunetelor se modifică în timpul reflectării, ceea ce oferă informații despre mișcarea organelor interne și a sângelui care circulă în ele.
  • undă emisă
  • undă reflectată

Ecocardiografie

O altă aplicație tipică a efectului Doppler este ecocardiografia.
Aparatele cu ultrasunete tradiționale sunt utilizate pentru examinarea structurii organelor interne.
Prin examinarea lungimii de undă a ultrasunetelor reflectate, pot fi obținute informații despre organele interne și circulația sângelui din aceste organe. Pe baza acestor informații poate fi determinată alimentarea cu sânge a organului sau tumorii examinate sau starea unui vas sanguin blocat de un cheag de sânge.
Dispozitivul cu ultrasunete Doppler este utilizat și pentru monitorizarea bătăilor inimii fătului în timpul travaliului.

Radare de viteză

  • Măsurarea vitezei cu ajutorul undelor radio reflectate
  • radar de viteză - Datorită efectului Doppler, se modifică lungimea de undă a undelor reflectate de obiectul în mișcare, iar dispozitivul detectează această modificare.
  • undă emisă
  • undă reflectată

Radar de viteză

Una dintre aplicațiile specifice ale efectului Doppler este monitorizarea vitezei pe drumurile publice cu ajutorul unui radar de viteză.
Aparatul emite o undă radio. Unda este reflectată de către autovehiculul monitorizat, lungimea undei reflectate modificându-se însă datorită efectului Doppler.
Viteza autovehiculului poate fi calculată pe baza lungimii de undă a undei reflectate.
Radarele de viteză cu laser nu funcționează pe baza efectului Doppler, ci pe baza măsurării exacte a timpului de reflexie. Pe baza acestuia se poate calcula distanța autovehiculului în diferite momente și apoi viteza acestuia.

Animație

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

Narațiune

Sunetul unui autovehicul care se apropie este diferit de cel al unui autovehicul care se îndepărtează.
Pe măsură ce autovehiculul se apropie, sunetul este mai înalt, iar după ce se îndepărtează, sunetul este mai grav decât cel al unui autovehicul care staționează. Acest fenomen se numește efectul Doppler.

Efectul Doppler se produce deoarece viteza de propagare a undelor este independentă de viteza corpului emițător.
Deși autovehiculul se află în mișcare, undele sonore pe care le emite, nu se propagă mai repede decât viteza constantă caracteristică mediului respectiv. Prin urmare, fronturile de undă se suprapun în fața sursei de sunet în mișcare și se risipesc în spatele sursei.
Datorită suprapunerii fronturilor de undă, lungimea de undă a undelor se reduce. Deoarece produsul dintre lungimea de undă și frecvență este egal cu viteza de propagare care este constantă, frecvența undei va crește și vom auzi un sunet mai înalt.
În spatele sursei de sunet se manifestă opusul fenomenului: crește lungimea de undă a sunetului și scade frecvența lui, rezultând un sunet mai grav. Același fenomen poate fi observat atunci când nu se mișcă sursa de sunet, ci observatorul.

Dacă sursa de sunet se deplasează atât de repede încât atinge viteza sunetului caracteristică mediului respectiv, se creează un sistem de fronturi de undă care formează un con. Acesta se numește conul Mach. Conul se deplasează împreună cu vehiculul.

Pe suprafața conului, undele sonore se amplifică reciproc, astfel încât observatorul, peste care trece suprafața conului, va auzi o explozie. Contrar credinței generale, fenomenul nu apare doar în momentul depășirii vitezei sunetului, ci se manifestă continuu în timpul zborului supersonic, doar că nu se aude pretutindeni.

Explozia se deplasează pe suprafața Pământului sub formă de hiperbolă, putând provoca daune grave: poate cauza spargerea ferestrelor sau desprinderea stâncilor instabile.
Exploziile sonice sunt produse mai ales de avioanele de luptă supersonice, dar pocnitura biciului generează, de asemenea, o explozie sonică.

Suplimente asociate

Parametrii undelor sonore

Animația explică cei mai importanți parametri ai undelor pornind de la undele sonore.

Chengdu J–20 (China, 2017)

Avionul Chengdu J–20, denumit și Dragonul Puternic, este un avion de luptă multirol invizibil.

Concorde (1969)

Primul avion supersonic de pasageri a fost introdus în anul 1976.

Cum funcționează difuzorul?

Difuzorul generează unde sonore prin inducție electromagnetică.

Trenul TGV POS

Trenul circulă între Paris și Germania de Sud cu o viteză de 320 km/h.

Cum funcționează sonarul?

Animația prezintă modul de funcționare al unui sonar.

Liliacul mic cu potcoavă

Liliecii folosesc ultrasunete pentru a se orienta și a vâna.

Radarul lunar (Zoltán Bay, 1946)

Cercetătorul maghiar a fost primul om de știință care în 1946 a detectat semnale radar reflectate de pe suprafața Lunii.

Tipuri de unde

Undele joacă un rol extrem de important în multe aspecte ale vieții noastre.

Unde gravitaționale (observatorul LIGO)

Corpurile masive aflate în mișcare accelerată, produc în jurul lor fluctuații în curbura spațiu-timp, numite unde gravitaționale.

Cutremur (seism)

Cutremurul este unul dintre cele mai devastatoare fenomene naturale de pe Terra.

Added to your cart.