Эффект Доплера

Наблюдали ли вы когда-нибудь внезапное понижение слышимого тона автомобильного гудка, гонга пожарной машины, свистка или звонка поезда, когда транспорт быстро проносится мимо вас? Даже шум от машины как будто понижает тон, когда машина быстро проезжает мимо вас по дороге. Как объяснить все эти явления? Очевидно, изменение высоты тона, свидетельствующее об уменьшении частоты звука, вызвано относительным движением источника звука и наблюдателя. Изменение тона наблюдают в тот момент, когда источник звука, поравнявшись с наблюдателем начинает удаляться. Причина описанного явления, называемого эффектом Доплера, заключается в том, что при приближении источника каких-нибудь волн к наблюдателю приходит большее число волн в секунду, чем когда источник колебаний удаляется. Это приводит к тому, что наблюдатель воспринимает большее число колебаний в секунду, когда источник приближается к нему, и меньшее, - когда удаляется.

Изменение частоты колебаний (высоты звука), вызываемое относительным движением источника и наблюдателя, называется эффектом Доплера.

Пусть источник звука S движется к наблюдателю со скоростью " Vи " м/сек. Источник звука посылает звуковые колебания с частотой " n ". Следовательно, за сек. источник " S " посылает одну волну, распространяющуюся с некоторой скоростью " V ". За время источник " S " приближается к наблюдателю на величину Vи × M. Следовательно, конец следующей волны, исходящей от источника через секунд, будет отделен в пространстве от конца предыдущей волны не расстоянием (длина волны), как это было бы в случае неподвижного источника, а меньшим:

Таким образом, наблюдатель будет воспринимать звук меньшей длины " l ".

Соответствующая частота: .

Легко вывести аналогичным образом, что если источник звука удаляется со скоростью V, то воспринимаемая наблюдателем частота равна:

Если рассматривать движение наблюдателя к источнику звука, то вследствие более частых "встреч" с гребнями волн частота воспринимаемых колебаний увеличивается.

Пусть наблюдатель движется к источнику звука со скоростью " V " м/сек. Тогда скорость звука относительно наблюдателя будет равна V + V_Н, и мимо наблюдателя в единицу времени пройдет волн, причем, как обычно, ; с другой стороны, ; таким образом, .

При движении наблюдателя от источника получим соответственно:

Все формулы, относящиеся к указанным случаям, при малых значениях скорости V_u и V_н делаются тождественными. Именно , где знак минус соответствует удалению, а плюс - сближению наблюдателя и источника со скоростью V_и,н.

Таким образом, при сближении источника волн и наблюдателя воспринимаемая частота больше испускаемой, при удалении - меньше.

Эффект Доплера используют для определения скорости движения источника или приемника звука относительно среды. На этом основан, в частности, один из методов измерения скорости кровотока в сосудах человека и животных.