Doppler effekti

Допплер эффекти - кузатувчи (қабул қилувчи) га нисбатан нурланиш манбасининг ҳаракати туфайли кузатувчи (қабул қилувчи) томонидан қабул қилинадиган нурланиш частотасининг ва шунга мос равишда то'лқин узунлигининг о'згариши ^[1] . Эффект австриялик физик Кристиан Допплер шарафига номланган.

Допплер эффектининг сабаби шундаки, то'лқин манбаи кузатувчи томон ҳаракат қилганда, ҳар бир кетма-кет то'лқин тепаси кузатувчига олдинги то'лқин чо'ққисига қараганда яқинроқ позициядан чиқади ^[2]^[3] . Шундай қилиб, ҳар бир кейинги то'лқин кузатувчига олдинги то'лқинга қараганда бир оз камроқ вақт керак бо'лади. Шундай қилиб, кузатувчига кетма-кет то'лқин чо'ққилари келиши орасидаги вақт қисқаради, бу частотанинг ошишига олиб келади.

Кашфиёт тарихи

Сувдаги то'лқинларни о'з кузатишларига асосланиб, Допплер шунга о'хшаш ҳодисалар бошқа то'лқинлар билан ҳавода содир бо'лишини таклиф қилди. То'лқинлар назариясига асосланиб, 1842 йилда у ёруг'лик манбасининг кузатувчига яқинлашиши кузатилган частотани оширади, масофа эса уни камайтиради, деган хулосага келди (" Оф тҳе Cолоред Лигҳт оф Доубле Старс анд Cертаин Отҳер Старс ин тҳе Ҳеавенс (ингл. мақоласи) "). Допплер кузатувчи томонидан қабул қилинган товуш ва ёруг'лик тебранишлари частотасининг то'лқинлар манбаи ва кузатувчининг бир-бирига нисбатан ҳаракат тезлиги ва ё'налишига бог'лиқлигини назарий жиҳатдан асослади. Кейинчалик бу ҳодиса унинг номи билан аталган.

Доплер ушбу принципни астрономияда қо'ллаган ва акустик ва оптик ҳодисалар о'ртасида параллел бо'лган. Унинг фикрича, барча юлдузлар оқ нур чиқаради, аммо уларнинг ерга ёки ердан ҳаракатланиши туфайли ранг о'згаради (Доплер томонидан ко'риб чиқилган иккилик юлдузлар учун бу та'сир жуда кичик). О'ша пайтдаги асбоб-ускуналар билан ранг о'згаришини кузатиш имконсиз бо'лса-да, товуш назарияси 1845 йилдаёқ синовдан о'тган. Фақатгина спектрал таҳлилнинг кашф этилиши оптикадаги та'сирни экспериментал текширишга имкон берди.

Допплер нашрининг танқиди

Танқиднинг асосий сабаби, мақоланинг экспериментал далиллари ё'қлиги ва фақат назарий бо'лганлиги эди. Унинг назариясининг умумий изоҳи ва овоз учун тақдим этган қо'ллаб-қувватловчи расмлари то'г'ри бо'лса-да, юлдуз рангининг о'згариши ҳақидаги тушунтиришлар ва то'ққизта қо'ллаб-қувватловчи далиллар то'г'ри эмас эди. Хато барча юлдузлар оқ ёруг'лик чиқаради деган ното'г'ри тушунчадан юзага келган ва Допплер, афтидан, инфрақизил ( W. Ҳерсчел, 1800) ва ултрабинафша нурланиш ( И. Риттер, 1801) кашфиёти ҳақида билмаган ^[4] .

1850 йилга келиб Допплер эффекти товуш учун экспериментал равишда тасдиқланган бо'лса-да, унинг назарий асослари Жозеф Пецвал томонидан қо'зг'атилган қизг'ин баҳс-мунозараларни келтириб чиқарди. Пецвалнинг асосий э'тирозлари олий математиканинг ролини бо'рттиришга асосланган эди. У Допплер назариясига 1852-йил 15-январда Фанлар академиясининг йиғилишида тақдим этилган “Тўлқинлар ҳаракатининг асосий тамойиллари: тўлқин узунлигининг сақланиш қонуни” номли мақоласи билан жавоб берди. Унда у назария бор-йўғи 8 саҳифада чоп этилса ва оддий тенгламалардан фойдаланилса, унинг қимматли бўлиши мумкин эмаслигини та’кидлаган. Пецвал о'з э'тирозларида кузатувчи ва манба ҳаракати ва муҳитнинг ҳаракатини, иккита мутлақо бошқа ҳолатларини аралаштириб юборди. Оҳирги ҳолатда, Допплер назариясига ко'ра, частота о'згармайди ^[4] .

Экспериментал текшириш

1845 йилда Утрехтлик голландиялик метеоролог Кристофер Хенрик Диэдерик Буижс-Баллот Утрехт ва Амстердам о'ртасидаги темир ё'лда товуш учун Допплер эффектини тасдиқлади. О'ша пайтда соатига 40 миля (64 км/соат) ақл бовар қилмайдиган тезликка эришган локомотив бир гуруҳ карнайчилар билан очиқ вагонни тортиб олди. Вагоннинг ҳаракат вақтида узоқлашиши ва яқинлашишини, Баллот оҳанг ўзгаришига қулоқ тутди. Худди шу йили Допплер иккита трубачилар гуруҳи ёрдамида тажриба о'тказди, улардан бири станциядан узоқлашди, иккинчиси эса ҳаракациз қолди. У тасдиқладики, оркестрлар битта нотани о'йнаганда, улар диссонансда бо'лишади. 1846 йилда у о'з назариясининг қайта ко'риб чиқилган версиясини нашр этди, унда у манба ҳаракатини ҳам, кузатувчининг ҳаракатини ҳам ко'риб чиқди. Кейинчалик, 1848 йилда франсуз физиги Арманд Физо Допплер ишини умумлаштириб, о'з назариясини ёруг'ликка кенгайтирди (осмон жисмлари спектрларидаги чизиқлар силжишини ҳисоблаб чиқди) . 1860 йилда Эрнст Мах юлдузнинг о'зи билан бог'лиқ бо'лган юлдузлар спектрларидаги ютилиш чизиқлари Допплер эффектини ко'рсатиши кераклигини башорат қилди ва бу эрдан келиб чиққан спектрларда Допплер эффектини ко'рсатмайдиган ютилиш чизиқлари ҳам мавжуд. Биринчи тегишли кузатув 1868 йилда Уилям Ҳуггинс томонидан қилинган ^[5] .

Ёруг'лик то'лқинлари учун Допплер формулаларининг то'г'ридан-то'г'ри тасдиг'и 1871 йилда Г. Вогел томонидан қуёш экваторининг қарама-қарши қирраларидан олинган спектрлардаги Фраунгофер чизиқларининг позицияларини солиштириш орқали олинган. О'лчанган қийматларидан ҳисобланган қирраларнинг нисбий тезлиги Г. Вогел спектрал интерваллари қуёш дог'ларининг силжишидан ҳисобланган тезликка яқин бо'либ чиқди .

Допплер эффекти автомобил двигатели ёки сиренаси яқинлашганда, орқага чекинаётгандан кўра баландроқ овоз чиқаришини кўрсатадиган анимация. Пушти доиралар товуш то'лқинларини ифодалайди.

	[[:Филе:\|]] [[Филе:\|220пх\|ноиcон\|алт=]]
Файлга мурожаат этишда муаммо борми? Қаранг: Медиа.

Ҳодисанинг моҳияти

Допплер эффекти сирена ёқилган ҳолда кузатувчи ёнидан автомобил о'тганда амалда кузатиш осон. Айтайлик, сирена ма'лум бир оҳанг беради ва у о'згармайди. Машина кузатувчига нисбатан ҳаракат қилмаса, у сирена чиқарадиган оҳангни аниқ эшитади. Аммо агар машина кузатувчига яқинлашса, у ҳолда товуш то'лқинларининг частотаси ортади ва кузатувчи сирена чиқарадигандан баландроқ оҳангни эшитади. О'ша пайтда, машина кузатувчининг ёнидан о'тиб кетганда, у сирена чиқарадиган оҳангни эшитади. Ва машина узоқроққа кеца ва яқинлашгандан ко'ра узоқлашса, кузатувчи товуш то'лқинларининг паст частотаси туфайли пастроқ оҳангни эшитади.

Ҳар қандай муҳитда тарқаладиган то'лқинлар (масалан, товуш ) учун манба ва то'лқин қабул қилувчининг ушбу муҳитга нисбатан ҳаракатини ҳисобга олиш керак. Тарқалиши учун муҳит керак бо'лмаган электромагнит то'лқинлар учун (масалан, ёруг'лик ), вакуумда фақат манба ва қабул қилувчининг нисбий ҳаракати муҳимдир ^[6] .

Зарядланган заррачанинг релативистик тезлик билан муҳитда ҳаракатланиши ҳам муҳим аҳамиятга эга. Бундай ҳолда, Черенков нурланиши лаборатория тизимида ро'йхатга олинади, бу Допплер эффекти билан бевосита бог'лиқ.

Релятивистик Допплер эффекти иккита сабабга ко'ра юзага келади:Андоза:Формула

Релятивистик Допплер эффекти

Электромагнит то'лқинларнинг (ёки бошқа массасиз зарраларнинг) вакуумда тарқалишида частота формуласи махсус нисбийлик тенгламаларидан келиб чиқади. Электромагнит то'лқинларнинг тарқалиши моддий муҳитни талаб қилмагани учун биз фақат манба ва кузатувчининг нисбий тезлигини ҳисобга олишимиз мумкин ^[7]Андоза:Формула Андоза:Формулабу ерда ${\дисплайстйле c}$ ёруг'лик тезлиги, ${\дисплайстйле в}$ - манбанинг қабул қилувчига (кузатувчига) нисбатан тезлиги; ${\дисплайстйле \тҳета}$ бу қабул қилувчига ё'налиш ва қабул қилувчи мос ё'налишдаги тезлик вектори орасидаги бурчак. Агар манба кузатувчидан узоқлашаётган бо'лса, унда ${\дисплайстйле \тҳета=\пи}$ , агар яқинлашаётган бо'лса, унда ${\дисплайстйле \тҳета=0}$ . Агар иккинчи даражали кичик в/c ни э'тиборсиз қолдирсак, релятивистик формула классик Допплер эффектига тушади.

Охирги омил то'лқин вектори ва манба тезлиги о'ртасидаги бурчак бо'лганда, ко'ндаланг Допплер эффектига олиб келади, қачонки то'лқин вектори билан манба тезлиги орасидаги бурчак шу қийматга тенг бо'лганда ${\дисплайстйле \тҳета=\фраc{\пи}{2}}$ . Бундай ҳолда, частотанинг о'згариши классик аналогга эга бо'лмаган соф релативистик эффектдир.

манба ва қабул қилувчининг нисбий ҳаракати билан частота о'згаришининг классик аналоги;
релятивистик вақт секинлашиши.

Тескари Допплер эффекти

1967 йилда Виктор Веселаго манфий синиш ко'рсаткичи бо'лган муҳитда тескари Допплер эффекти эҳтимолини назарий жиҳатдан олдиндан айтди. Бундай муҳитда Допплер силжиши содир бо'лади, бу одатий Допплер частотасининг силжишига қарама-қарши белгига эга. Ушбу та'сирни аниқлашга имкон берадиган биринчи тажриба 2003 йилда Бристолда ( Буюк Британия ) Найжел Седдон ва Тревор Беарпарк томонидан чизиқли бо'лмаган узатиш линиясига асосланган ҳолда амалга оширилди ^[8] . Яқинда тескари Допплер эффекти кенгроқ метаматериаллар синфида кузатилди.

Допплер эффектини кузатиш

Ҳодиса ҳар қандай то'лқинлар ва заррачалар оқимига хос бо'лганлиги сабабли, уни товуш учун кузатиш жуда осон. Овоз тебранишларининг частотаси қулоқ томонидан товуш баландлиги сифатида қабул қилинади. Тез ҳаракатланувчи машина ёки поэзд сизнинг ёнингиздан о'тиб, овоз чиқарадиган, масалан, сирена ёки шунчаки овозли сигнал берадиган вазиятни кутиш керак. Машина сизга яқинлашганда, овоз баландлиги баландроқ бо'лишини, кейин машина сизга яқин бо'лганда, у кескин пасайиб кетишини, кейин эса узоқлашаётганда машина пастроқ нотада сигнал беришини эшитасиз.

Қо'лланилиши

Допплер эффекти коинотнинг бошланиши ҳақидаги замонавий назарияларнинг ажралмас қисмидир ( Катта портлаш ва қизил силжиш ). Бу принцип юлдузларнинг ко'риш чизиг'и бо'йлаб ҳаракатланиш тезлигини (кузатувчига яқинлашиш ёки ундан узоқлашиш) ва уларнинг о'қ атрофида айланишини, сайёраларнинг айланиш параметрларини, Сатурн ҳалқаларини о'лчаш учун астрономияда ко'плаб иловаларни олди. Бу уларнинг тузилишини такомиллаштиришга имкон берди), қуёш фотосферасидаги турбулент оқимлар, сун'ий ё'лдош траэкториялари, термоядровий реакцияларни бошқариш, со'нгра физика ва технологиянинг турли соҳаларида ( об-ҳаво прогнозида, аэронавигация ва радарларда ) ё'л полицияси ). Допплер эффекти замонавий тиббиётда кенг қо'лланилган: ко'плаб ултратовуш диагностика асбоблари унга асосланган. Қо'лланишининг асосий ё'налишлари:

Допплер радари - обектдан акс эттирилган сигнал частотасининг о'згаришини о'лчайдиган радар . Частотанинг о'згаришидан обект тезлигининг радиал компоненти ҳисобланади (тезликнинг обект ва радар орқали о'тадиган то'г'ри чизиққа проексияси). Допплер радарлари турли соҳаларда қо'лланилиши мумкин: самолётлар, кемалар, автомобиллар, гидрометеорлар (масалан, булутлар), денгиз ва дарё оқимлари, шунингдек бошқа обектлар тезлигини аниқлаш учун.

тҳумб|200х200пх| Допплер эффекти ёрдамида Ернинг Қуёш атрофида айланишини исботлаш.

Астрономия:
- Спектрнинг чизиқларини силжитиш орқали юлдузлар, галактикалар ва бошқа осмон жисмлари ҳаракатининг радиал тезлиги аниқланади. Астрономияда осмон жисмларининг радиал тезлигини радиал тезлик деб аташ одатий ҳолдир. Допплер эффекти ёрдамида уларнинг радиал тезлиги самовий жисмларнинг спектридан аниқланади. Ёруг'лик тебранишларининг то'лқин узунликларининг о'згариши, манба спектридаги барча спектрал чизиқлар, агар унинг радиал тезлиги кузатувчидан узоқроққа ( қизил силжиш ) ё'налтирилган бо'лса, узоқ то'лқинлар томон силжийди ва қисқа бо'лса, узоқ то'лқинларга силжийди. радиал тезликнинг ё'налиши кузатувчи томон ( бинафша силжиши ). Агар манба тезлиги ёруг'лик тезлигига нисбатан кичик бо'лса (~ 300 000 км / с), у ҳолда релативистик бо'лмаган яқинлашувда радиал тезлик ёруг'лик тезлигини ҳар қандай спектрал чизиқнинг то'лқин узунлиги о'згаришига ко'пайтирилади ва унга бо'линади.
- Спектрал чизиқларнинг кенглигини ошириш орқали юлдузлар фотосфераси ҳароратини о'лчаш мумкин. Ҳароратнинг ошиши билан чизиқларнинг кенгайиши газдаги нурлантирувчи ёки ютувчи атомларнинг хаотик термал ҳаракати тезлигининг ошиши билан бог'лиқ.
Суюқлик ёки газ оқими тезлигини контакциз о'лчаш. Допплер эффекти суюқлик ва газларнинг оқим тезлигини о'лчайди. Ушбу усулнинг афзаллиги шундаки, датчикларни то'г'ридан-то'г'ри оқимга жойлаштириш шарт эмас. Тезлик ултратовуш ёки оптик нурланиш то'лқинларининг тарқалиши билан аниқланади ( Оптик оқим о'лчагичлар ) муҳитнинг бир хил бо'лмаган жойларига ( суспензия зарралари, асосий оқим билан аралашмайдиган суюқлик томчилари, суюқликдаги газ пуфакчалари).
Қуёшга о'хшаш спектрал турдаги чекинаётган юлдуз спектридаги спектрал ютилиш чизиқларининг қизил силжиши . Таққослаш учун, Қуёшнинг спектри чап томонда ко'рсатилган.
Хавфсизлик сигналлари . Ҳаракатланувчи обектларни аниқлаш учун.
Координаталарнинг та'рифи . Cоспас-Сарсат сун'ий ё'лдош тизимида ердаги фавқулодда узатувчининг координаталари сун'ий ё'лдош томонидан Допплер эффекти ёрдамида ундан олинган радио сигналидан аниқланади.
Глобал жойлашишни аниқлаш тизимлари ГПС ва ГЛОНАСС.

Сан'ат ва маданият

Илмий-фантастик адабиётларда космик кемаларнинг (юлдузли кемаларнинг) гиперкосмик парвозларини амалга оширишда ко'пинча тилга олинади.
"Катта портлаш назарияси" америкалик комедия телесериалининг 1-мавсумининг 6-қисмида доктор Шелдон Купер Хеллоуин байрамига боради, бунинг учун у Допплер эффектини акс эттирувчи костюм кийган. Бироқ, ҳозир бо'лганларнинг барчаси (до'стлардан ташқари) уни зебра деб о'йлайди.
Ҳалф-Лифе компютер о'йинига қо'шимчалардан бири Блуэ Шифт ( ко'к силжиш ) деб номланади, бу ноаниқ (у ушбу мақолада тасвирланган илмий ма'нога ҳам эга ва уни "ко'к силжиш " деб ҳам таржима қилиш мумкин. соқчиларнинг ко'к формасига ишора, улардан бири бош қаҳрамон ).
Тҳе Алгоритҳм^(ингл.)ўзб. ) Тҳе Допплер Эффеcт албомига эга.
Кореянинг Бангтан Бойс мусиқий гуруҳининг "ДНК" қо'шиг'и учун видеонинг бошида Допплер эффекти формуласи пайдо бо'лади, саҳнанинг о'зи эса унинг соддалаштирилган тасвиридир. Бу доимий равишда гуруҳнинг клиплари ҳақида назария қилиб юрадиган мухлислар учун ҳазилдан бошқа нарса эмас.

Шунингдек

Черенков эффекти
допплерометр
Допплер усули
допплерография
Қизил силжиш
товуш то'сиг'и

Эслатмалар

↑ Гиордано, Ничолас. Cоллеге Пҳйсиcс: Реасонинг анд Релатионшипс. Андоза:Нп3, 2009 — 421—424-бет. ИСБН 978-0534424718.
↑ Поссел, Маркус „Wавес, мотион анд фреқуэнcй: тҳе Допплер эффеcт“. Эинстеин Онлине, Вол. 5. Мах Планcк Институте фор Гравитатионал Пҳйсиcс, Поцдам, Германй (2017). 2017-йил 14-сентябрда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2017-йил 4-сентябр.
↑ Ҳендерсон, Том „Тҳе Допплер Эффеcт – Лессон 3, Wавес“. Пҳйсиcс туториал. Тҳе Пҳйсиcс Cлассроом (2017). Қаралди: 2017-йил 4-сентябр.
↑ ^4,0 ^4,1 А.Эден 1992.
↑ Лауэ М.. История физики. Москва: ГИТТЛ, 1956.
↑ При распространении света в среде, его скорость зависит от скорости движения этой среды. См. опыт Физо.
↑ „Эффект Доплера в теории относительности“. 2012-йил 1-февралда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2023-йил 6-июн.
↑ Козйрев, Алехандер Б.; ван дер Wеиде, Даниэл W. (2005). "Эхпланатион оф тҳе Инверсе Допплер Эффеcт Обсервед ин Нонлинеар Трансмиссион Линес". Пҳйсиcал Ревиэw Леттерс 94 (20): 203902. дои:10.1103/ПҳйсРевЛетт.94.203902. ПМИД 16090248.

Ҳаволалар

Эден А.. Тҳе Сеарч фор Чристиан Допплер. Спрингер-Верлаг Wиэн, 1992. ИСБН 3211823670.

[Giordano-1] Гиордано, Ничолас. Cоллеге Пҳйсиcс: Реасонинг анд Релатионшипс. Андоза:Нп3, 2009 — 421—424-бет. ИСБН 978-0534424718.

[Possel-2] Поссел, Маркус „Wавес, мотион анд фреқуэнcй: тҳе Допплер эффеcт“. Эинстеин Онлине, Вол. 5. Мах Планcк Институте фор Гравитатионал Пҳйсиcс, Поцдам, Германй (2017). 2017-йил 14-сентябрда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2017-йил 4-сентябр.

[Henderson-3] Ҳендерсон, Том „Тҳе Допплер Эффеcт – Лессон 3, Wавес“. Пҳйсиcс туториал. Тҳе Пҳйсиcс Cлассроом (2017). Қаралди: 2017-йил 4-сентябр.

[FOOTNOTEA.Eden1992-4] 4,0 ^4,1 А.Эден 1992.

[5] Лауэ М.. История физики. Москва: ГИТТЛ, 1956.

[6] При распространении света в среде, его скорость зависит от скорости движения этой среды. См. опыт Физо.

[7] „Эффект Доплера в теории относительности“. 2012-йил 1-февралда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2023-йил 6-июн.

[8] Козйрев, Алехандер Б.; ван дер Wеиде, Даниэл W. (2005). "Эхпланатион оф тҳе Инверсе Допплер Эффеcт Обсервед ин Нонлинеар Трансмиссион Линес". Пҳйсиcал Ревиэw Леттерс 94 (20): 203902. дои:10.1103/ПҳйсРевЛетт.94.203902. ПМИД 16090248.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]