Эффект Доплера.

Наблюдая за проходящим мимо поездом или движущимся автомобилем, мы замечаем, что высота тона подаваемого ими звукового сигнала постоянно изменяется. Это и есть одно из проявлений эффекта Доплера, состоящего в изменении частоты звука при относительном движении источника и приемника. Рассмотрим это явление несколько подробнее.

Пусть источник И (рис. 5.19а) излучает монохроматическую (т.е. гармоническую) акустическую волну частоты Тогда длина этой волны, распространяющейся в воздухе со скоростью с, будет равна:

(5.37)

Рис. 5.19.

Если теперь источник будет двигаться со скоростью в направлении распространения волны, то волна будет "отрываться" от источника со скоростью и её длина уменьшится (рис. 5.19б):

(5.38)

Достигнув неподвижного приемника П, эта волна будет воздействовать на него с частотой

(5.39)

которая будет больше исходной частоты При движении источника в противоположном направлении эта частота уменьшится. Именно это изменение частоты тона сигнала мы фиксируем при приближении и последующем удалении поезда или автомобиля.

Изменение частоты будет также и при движении приемника П, однако физическая причина этого изменения состоит в том, что волна с длиной будет поступать в приемник со скоростью (если приемник движется навстречу волне). Следовательно, частота воздействия на приемник будет равна

(5.40)

и превысит исходную частоту.

В силу различия физических причин, приводящих к изменению частоты при движении источника и приемника, разнятся и формулы (5.39) и (5.40). Однако при как нетрудно убедиться, с точностью до членов порядка формула (5.39) может быть записана в виде (5.40).

При одновременном движении навстречу друг другу источника со скоростью и приемника со скоростью обе формулы можно объединить в одну

(5.41)

При удалении источника или приемника в формуле (5.41) следует изменить знак при соответствующей скорости.

При скоростях формируются ударные волны, и формулы, описывающие изменение частоты, становятся несправедливыми.

Дата добавления: 2015-07-11