Эффект Доплера

Эффект Доплера

Этот эффект назван в честь Кристиана Иоганна Доплера, впервые предсказавшего его теоретически.

Австрийский физик. Родился в Зальцбурге в семье каменщика. Окончил Политехнический институт в Вене, работал в нем до 1835 года. Возглавил кафедру математики в Парижском университете, что заставило его отказаться от решения эмигрировать в Америку в поисках признания. Закончил карьеру на должности профессора Венского королевского имперского университета.

Эффект Доплера − изменение наблюдаемой частоты колебаний ν источника излучения при его движении относительно наблюдателя. Наблюдаемая частота излучения ν уменьшается, если источник удаляется от наблюдателя и увеличивается, если он приближается.

ν₀ − частота излучения источника, ν − наблюдаемая частота источника, c − скорость света в вакууме, v − скорость движения источника относительно наблюдателя, α − угол между направлением скорости v в системе отсчёта, связанной с наблюдателем и направлением линии наблюдения. 
    Увеличение наблюдаемой частоты ν источника соответствует уменьшению наблюдаемой длины волны источника λ = c/v. Эффект Доплера широко используется при определении скорости движения небесных объектов по их красному или синему смещению, т.к. движение объекта приводит к изменению длины волны наблюдаемых спектральных линий. Эффект Доплера приводит к уширению спектральных линий вследствие хаотического теплового движения.

Суть эффекта Доплера, если кратко, заключается в следующем:

•  Если Вы движетесь на источник излучения, то его частота, для Вас, увеличивается.

•  Если Вы удаляетесь от источника излучения, то его частота, для Вас, уменьшается

Впервые эффект Доплера экспериментально проверил голландский ученый Кристиан Баллот (Christian Buys Ballot, 1817–1870). Он посадил духовой оркестр в открытый железнодорожный вагон, а на платформе собрал группу музыкантов с абсолютным слухом. (Идеальным слухом называется умение, выслушав ноту, точно назвать её.). Всякий раз, когда состав с музыкальным вагоном проезжал мимо платформы, духовой оркестр тянул какую-либо ноту, а наблюдатели (слушатели) записывали слышащуюся им нотную партитуру. Как и ожидалось, кажущаяся высота звука оказалась в прямой зависимости от скорости поезда, что, собственно, и предсказывалось законом Доплера.

Эффект Доплера находит широкое применение и в науке, и в быту. Во всем мире он используется в полицейских радарах, позволяющих отлавливать и штрафовать нарушителей правил дорожного движения, превышающих скорость. Пистолет-радар излучает радиоволновой сигнал (обычно в диапазоне УКВ или СВЧ), который отражается от металлического кузова вашей машины. Обратно на радар сигнал поступает уже с доплеровским смещением частоты, величина которого зависит от скорости машины. Сопоставляя частоты исходящего и входящего сигнала, прибор автоматически вычисляет скорость вашей машины и выводит ее на экран.

• Доплеровский радар — радар, измеряющий изменение частоты сигнала, отражённого от объекта. По изменению частоты вычисляется радиальная составляющая скорости объекта (проекция скорости на прямую, проходящую через объект и радар). Доплеровские радары могут применяться в самых разных областях: для определения скорости летательных аппаратов, кораблей, автомобилей, гидрометеоров (например, облаков), морских и речных течений, а также других объектов.
• Астрономия:
• По смещению линий спектра определяют лучевую скорость движения звёзд, галактик и других небесных тел. С помощью эффекта Доплера по спектру небесных тел определяется их лучевая скорость. Изменение длин волн световых колебаний приводит к тому, что все спектральные линии в спектре источника смещаются в сторону длинных волн, если лучевая скорость его направлена от наблюдателя (красное смещение), и в сторону коротких, если направление лучевой скорости — к наблюдателю (фиолетовое смещение). Если скорость источника мала по сравнению со скоростью света (300 000 км/с), то лучевая скорость равна скорости света, умноженной на изменение длины волны любой спектральной линии и делённой на длину волны этой же линии в неподвижном источнике.
• По увеличению ширины линий спектра определяют температуру звёзд.
• Неинвазивное измерение скорости потока. С помощью эффекта Доплера измеряют скорость потока жидкостей и газов. Преимущество этого метода заключается в том, что не требуется помещать датчики непосредственно в поток. Скорость определяется по рассеянию ультразвука на неоднородностях среды (частицах взвеси, каплях жидкости, не смешивающихся с основным потоком, пузырьках газа).
• Охранные сигнализации. Для обнаружения движущихся объектов.
• Определение координат. В спутниковой системе Коспас-Сарсат координаты аварийного передатчика на земле определяются спутником по принятому от него радиосигналу, используя эффект Доплера.