Hiệu ứng Doppler – Wikipedia tiếng Việt

Sóng phát ra từ một nguồn đang hoạt động từ phải sang trái Christian Andreas Doppler

Hiệu ứng Doppler là một hiệu ứng vật lý, đặt tên theo Christian Andreas Doppler, trong đó tần số và bước sóng của các sóng âm, sóng điện từ hay các sóng nói chung bị thay đổi khi mà nguồn phát sóng chuyển động tương đối với người quan sát.

Biểu diễn toán học[sửa|sửa mã nguồn]

Đối với sóng chuyển động trong một môi trường (như sóng âm), nguồn sóng và người quan sát đều có thể chuyển động tương đối so với môi trường. Hiệu ứng Doppler lúc đó là sự tổng hợp của hai hiệu ứng riêng rẽ gây ra bởi hai chuyển động này.

f = ( v + v r v + v s ) f 0 { \ displaystyle f = \ left ( { \ frac { v + v_ { r } } { v + v_ { s } } } \ right ) f_ { 0 } \, }{\displaystyle f=\left({\frac {v+v_{r}}{v+v_{s}}}\right)f_{0}\,}
trong đó,

v { \ displaystyle v \ ; }{\displaystyle v\;}
v r { \ displaystyle v_ { r } \, }{\displaystyle v_{r}\,}
v s { \ displaystyle v_ { s } \, }{\displaystyle v_{s}\,}

Tần số tăng lên khi nguồn tiến về phía người quan sát, và giảm đi khi nguồn đi ra xa người quan sát ( với điều kiện kèm theo hoạt động giữa nguồn và người không phải là hoạt động đều ) .

Cụ thể, nếu nguồn di động trong môi trường phát ra sóng với tần số tại nguồn là f0, một người quan sát đứng yên trong môi trường sẽ nhận được tần số f:

f = f 0 ( 1 1 + v / c ) { \ displaystyle f = f_ { 0 } \ left ( { \ frac { 1 } { 1 + v / c } } \ right ) }{\displaystyle f=f_{0}\left({\frac {1}{1+v/c}}\right)}

với c tốc độ lan truyền của sóng trong môi trường, v là thành phần vận tốc chuyển động của nguồn so với môi trường theo phương chỉ đến người quan sát (âm nếu đi về phía người quan sát, dương nếu ngược lại).

Tương tự, khi nguồn đứng im còn người quan sát chuyển động:

f = f 0 ( 1 + v c ) { \ displaystyle f = f_ { 0 } \ left ( 1 + { \ frac { v } { c } } \ right ) }{\displaystyle f=f_{0}\left(1+{\frac {v}{c}}\right)}

Đối với sóng điện từ ( ví dụ ánh sáng ), Viral mà không cần môi trường tự nhiên, hiệu ứng Doppler được đo lường và thống kê dựa vào thuyết tương đối .
Trong hiệu ứng Doppler thật ra tần số của nguồn sóng không bị đổi khác. Để hiểu rõ nguyên do tạo ra hiệu ứng Doppler, sự đổi khác tần số, ta lấy ví dụ của hai người ném bóng. Người A ném bóng đến người B tại một khoảng cách nhất định. Giả sử tốc độ trái bóng không đổi và cứ mỗi phút người B nhận được x số bóng. Nếu người A từ từ tiến lại gần người B, người B sẽ nhận được nhiều bóng hơn mỗi phút vì khoảng cách của họ đã bị rút ngắn. Vậy chính số bước sóng bị biến hóa nên gây ra sự biến hóa tần số .
Một microphone cố định và thắt chặt thu âm tiếng của xe công an tại độ ngân khác nhau tùy thuộc vào hướng tương đối của chúng
Một tiếng còi trên xe cấp cứu tiến đến ta sẽ có tần số cao hơn ( chói hơn ) khi xe đứng yên. Tần số này giảm dần ( trầm hơn ) khi xe vượt qua ta và nhỏ hơn thông thường khi xe chạy ra xa .Nhà thiên văn học John Dobson lý giải hiện tượng kỳ lạ trên : ” nguyên do mà tiếng còi giảm là do xe không tông bạn ” .

Nói cách khác, nếu chiếc xe đi theo phương thẳng tới bạn, tần số sẽ vẫn giữ nguyên (vì thành phần vận tốc v theo phương chỉ tới bạn không đổi, cho đến khi chúng vượt qua bạn, thì lập tức chuyển sang tần số thấp hơn. Sự khác biệt giữa tần số cao lúc tiến đến so với tần số chuẩn của còi đúng bằng sự khác biệt giữa tần số thấp lúc ra xa so với tần số chuẩn. Khi chiếc xe không tông vào bạn mà chỉ qua mặt bạn, thành phần vận tốc theo phương chỉ tới bạn không giữ nguyên do phương này luôn thay đổi tùy thuộc vị trí của xe:

v
=

v

0


cos

θ

{\displaystyle v=v_{0}\cdot \cos {\theta }}

{\displaystyle v=v_{0}\cdot \cos {\theta }}

Trong đó v là thành phần vận tốc của xe theo phương chỉ tới bạn, v0 là tốc độ của xe và

θ

{\displaystyle \theta }

\theta là góc giữa hướng di chuyển của xe và hướng nối từ xe đến bạn.

Máy bắn vận tốc[sửa|sửa mã nguồn]

Sử dụng cơ chế radar và hiệu ứng Doppler, phát ra một bước sóng radio có tần số xác định f0 rồi thu nhận tần số sóng radio f1 phản xạ ngược trở lại từ phương tiện giao thông đang di chuyển với vận tốc u. Từ f0f1 ta sẽ tính ra được vận tốc của phương tiện giao thông đó.

Rate this post
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments