ДОПЛЕРА ЭФФЕКТ

Изменение воспринимаемой частоты колебаний, обусловленное движением источника или приемника волн либо и того и другого; впервые теоретически обоснован в 1842 К. Доплером (1803-1853). Данный эффект особенно заметен в случае звуковых волн, примером чему может служить изменение воспринимаемой высоты тона гудка проходящего мимо поезда. Возникновение эффекта поясняется рисунком, на котором источник волн движется влево со скоростью v относительно неподвижного наблюдателя ("приемника"). За время t = t1 — t0 источник проходит расстояние vt. Если l — длина волны испускаемого звука, то число волн, укладывающихся в промежутке между источником и приемником, увеличивается на vt/l. Если частота звука fe, то за время t испускается fet волн. Но число frt волн, достигших приемника, меньше, чем испущено источником, на величину vt/l. Отсюда следует, что

Это соотношение справедливо и в том случае, когда приемник движется, а источник неподвижен. Если скорость v значительно меньше скорости звука c, то величину l можно заменить величиной c/fe, не совершив большой ошибки. Принимаемая частота оказывается ниже излучаемой, если источник и приемник удаляются друг от друга, и выше излучаемой, если они сближаются. Движение среды, в которой распространяются звуковые волны, например, ветер, дующий в направлении приемника или от него, также приводит к изменению регистрируемой приемником частоты. Эффект Доплера имеет важное значение в астрономии, гидролокации и радиолокации. В астрономии по доплеровскому сдвигу определенной частоты испускаемого света можно судить о скорости движения звезды вдоль линии ее наблюдения. Наиболее удивительный результат дает наблюдение доплеровского сдвига частот света удаленных галактик: так называемое красное смещение свидетельствует о том, что все галактики удаляются от нас со скоростями примерно до половины скорости света, возрастающими с расстоянием. Вопрос о том, расширяется ли Вселенная подобным образом или красное смещение обусловлено чем-то иным, а не "разбеганием" галактик, остается открытым.

ГУДОК ПОЕЗДА воспринимается как более высокий тон, когда приемник звука находится рядом с поездом, чем когда он удалится на расстояние vt. Движение источника звука в направлении от приемника приводит к увеличению длины волны воспринимаемого звука, т.е. к понижению тона.

Радиолокация — это определение местоположения объекта, обычно самолета или ракеты, путем облучения его высокочастотными радиоволнами и последующей регистрации отраженного сигнала. Если объект движется с большой скоростью в направлении радиолокатора или от него, то сигнал будет принят со значительным доплеровским сдвигом частоты, и по этому сдвигу можно вычислить скорость объекта. Точно так же доплеровский сдвиг частоты ультразвукового сигнала используется для определения скорости движения подводных лодок.

См. также

АСТРОНОМИЯ И АСТРОФИЗИКА;

КОСМОЛОГИЯ;

РАДИОЛОКАЦИЯ;

ЗВУК И АКУСТИКА.

ЛИТЕРАТУРА

Гинзбург В.Л. Теоретическая физика и астрофизика. Дополнительные главы. М., 1981 Франкфурт У.Н., Френк А.М. Оптика движущихся тел. М., 1981