Doppler effekten

Dopplereffekten , (oppkalt etter den østerrikske fysikeren og matematikeren Christian Andreas Doppler ) er endringen i den tilsynelatende frekvensen til en bølge forårsaket av kildens relative bevegelse i forhold til observatøren. [ 1 ]

Det er dagligdagse eksempler på Doppler-effekten der hastigheten som objektet som sender ut bølgene beveger seg med, er sammenlignbar med forplantningshastigheten til disse bølgene. Hastigheten til en ambulanse (50 km/t ) kan virke ubetydelig sammenlignet med lydhastigheten ved havnivå (ca. 1 235 km/t), men den er omtrent 4 % av lydhastigheten, en tilstrekkelig liten brøkdel. stor nok til at endringen i sirenens lyd blir tydelig verdsatt fra en høyere tone til en lavere tone, akkurat når kjøretøyet passerer observatøren.

Når det gjelder det synlige spekteret av elektromagnetisk stråling , hvis objektet beveger seg bort, skifter lyset til lengre bølgelengder, noe som gir en rødforskyvning. Hvis objektet kommer nærmere, har lyset en kortere bølgelengde, og skifter mot det blå. Denne røde eller blå forskyvningen er svært liten selv for høye hastigheter, for eksempel de relative hastighetene mellom stjerner eller mellom galakser, og kan ikke fanges opp av det menneskelige øyet, kun måles indirekte ved bruk av presisjonsinstrumenter som spektrometre . Hvis det emitterende objektet beveget seg med betydelige brøkdeler av lysets hastighet , ville variasjonen i bølgelengde være direkte merkbar.

Discovery

Doppler foreslo denne effekten i 1842 i sin avhandling Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels ( Om lysets farge i dobbeltstjerner og andre himmellegemer ). [ 2 ] Den nederlandske vitenskapsmannen Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot undersøkte denne hypotesen i 1845 for tilfellet med lydbølger og bekreftet at tonehøyden til en lyd som sendes ut av en kilde som nærmer seg observatøren er høyere enn hvis kilden beveger seg bort. [ 3 ] Hippolyte Fizeau oppdaget uavhengig av det samme fenomenet i tilfellet med elektromagnetiske bølger i 1848. I Frankrike er denne effekten kjent som "Doppler-Fizeau-effekten" [ 4 ] og i Nederland som "Doppler-Gestirne-effekten". I Storbritannia foretok John Scott Russell en eksperimentell studie av Doppler-effekten (1848). [ 5 ]

Generelt

I klassisk fysikk, hvor hastighetene til senderen (også kalt "kilde") og mottakeren (også kalt "observatør") i forhold til mediet er mindre enn hastigheten til bølgene i selve mediet, er forholdet mellom de observerte frekvensen og den utsendte frekvensen er gitt av: [ 6 ] $F$ $f_{\text{0}}$

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

Symbol	Navn
$F$	Observert frekvens
$f_{0}$	Utsendt frekvens
$v$	bølgehastigheten i mediet
$v_{r}$	Mottakerhastighet i forhold til mediet; positiv hvis mottakeren beveger seg mot avsenderen (og negativ i motsatt retning)
$v_{s}$	Kildens hastighet i forhold til mediet; positiv hvis kilden beveger seg bort fra mottakeren (og negativ i motsatt retning)

(Konklusjon: frekvensen øker når kilde og observatør kommer nærmere hverandre, og avtar når de beveger seg bort) .

I formelen ovenfor antas det at kilden nærmer seg (eller beveger seg bort) "direkte" fra observatøren. Hvis kilden nærmer seg observatøren med konstant hastighet, men på en "ikke-hendende" bane (for eksempel et fly på flukt i forhold til en observatør på bakken), så:

Frekvensen som observatøren først hører er høyere enn frekvensen som sendes ut fra objektet.
Det er da en gradvis nedgang i oppfattet frekvens når kilden nærmer seg observatøren, den oppfattede frekvensen faller sammen med originalen når bølgen kommer fra en retning vinkelrett på den relative bevegelsen (dvs. når den ble sendt ut fra det nærmeste punktet). observatøren, men når bølgen mottas, vil kilden og observatøren ikke lenger være i deres nærmeste posisjon).
Til slutt vil observatøren oppfatte en kontinuerlig reduksjon i frekvens når kilden trekker seg tilbake.

Når observatøren er veldig nær objektets bane, blir overgangen fra høy til lav frekvens veldig brå. I kontrast, når observatøren er langt fra objektets bane, er overgangen fra høy til lav frekvens gradvis.

Hvis hastighetene og er små sammenlignet med bølgens hastighet, er forholdet mellom den observerte frekvensen og den utsendte frekvensen omtrentlig [ 6 ] $v_{\text{s}}\,$ $v_{\text{r}}\,$ $F$ $f_{\text{0}}$

Observert frekvens	frekvensendring
$f=\left(1+{\frac {\Delta v}{v}}\right)f_{0}$	$\Delta f={\frac {\Delta v}{v}}f_{0}$

hvor

\Delta f=f-f_{0}\,

\Delta v=v_{\text{r}}-v_{\text{s}}\,

er mottakerens hastighet i forhold til kilden: den er positiv når kilden og mottakeren er nærmere hverandre.

(Demonstrasjon:)

Dadaist $f=\left({\frac {v+v_{\text{r}}}{v+v_{\text{s}}}}\right)f_{0}\,$

dele med $v$

$f=\left({\frac {1+{\frac {v_{\text{r}}}{v}}}{1+{\frac {v_{\text{s}}}{v }}}}\right)f_{0}=\left(1+{\frac {v_{\text{r}}}{v}}\right)\left({\frac {1}{1+{ \frac {v_{\text{s}}}{v}}}}\right)f_{0}\,$

Fra det geometriske uttrykket kan man utlede: ${\frac {v_{\text{s}}}{v}}\ll 1$

${\frac {1}{1+{\frac {v_{\text{s}}}{v}}}}\ca. 1-{\frac {v_{\text{s}}}{se }}$

Stasjonær situasjon, subsonisk, sonisk og supersonisk.

De følgende fire grafene inkluderer en animasjon med analyse av oppførselen til lydbølger i de fire karakteristiske tilfellene av Doppler-effekten i forhold til hastigheten til senderen med hensyn til hastigheten på lydutbredelsen i luft ( Mach 1 ):

En stasjonær lydkilde produserer lydbølger med en konstant frekvens

f

, og bølgefrontene forplanter seg symmetrisk bort fra kilden med konstant hastighet c. Avstanden mellom bølgefrontene er bølgelengden. Alle observatører vil høre samme frekvens, som vil være lik den faktiske frekvensen til kilden der

f = f 0

Den samme lydkilden utstråler lydbølger med konstant frekvens i samme medium. Nå beveger imidlertid lydkilden seg med en hastighet på

υ s = 0,7 c

(Mach 0,7). Siden kilden beveger seg, er midten av hver nye bølgefront litt forskjøvet til høyre. Som et resultat begynner bølgefronter å samle seg på høyre side (foran) og er lenger fra hverandre på venstre side (bak) kilden. En observatør som vender mot kilden vil høre en høyere frekvens:

$f = c + 0 / c - 0,7c f 0 = 3,33 f 0$ og en observatør bak kilden vil høre en lavere frekvens: $f = c -0 / c + 0,7c f0 = 0,59 f0$ . $_$

Nå beveger kilden seg med lydhastigheten i midten (

υ s = c

, (dvs. ved Mach 1). Bølgefrontene foran kilden er nå alle akkumulert på samme punkt. Som et resultat har en observatør i foran kilden vil ikke oppdage noe før kilden når sin posisjon

$f = c + 0 / c - c f 0 = \infty$ og en observatør bak kilden vil høre en lavere frekvens $f = c -0 / c + c f0 = 0,5 f0$ . $_$

Lydkilden har allerede overskredet lydhastigheten i midten, og beveger seg på 1,4 c (Mach 1,4). Siden kilden beveger seg raskere enn lydbølgene den skaper, er det den egentlig gjør å dirigere bølgefronten mens den går. Lydkilden vil passere foran en observatør i ro før observatøren hører lyden. Som et resultat vil en observatør som står foran kilden oppfatte:

$f = c + 0 / c - 1,4c f 0 = -2,5 f 0$ og en observatør bak kilden vil høre en lavere frekvens: $f = c -0 / c + 1,4c f0 = 0,42 f0$ . $_$

Analyse

For å forstå hva som skjer, vurder følgende analogi. Noen kaster en ball hvert sekund til en mann. Kulene antas å bevege seg med konstant hastighet. Hvis pitcheren står stille, vil mannen motta en ball hvert sekund. Men hvis skytteren beveger seg mot mannen, kommer mannen til å motta ballene oftere fordi ballene vil ha mindre avstand. Det motsatte er tilfelle hvis kasteren beveger seg bort fra mannen. Så det er faktisk bølgelengden som påvirkes; som en konsekvens påvirkes også den mottatte frekvensen. Det kan også slås fast at hastigheten på bølgen holder seg konstant, mens endringer i bølgelengden oppstår; og derfor endres frekvensen også.

For en observatør i ro med hensyn til mediet, hvis en bevegelig kilde sender ut bølger med en gitt reell frekvens (i dette tilfellet endres bølgelengden, men overføringshastigheten til bølgen forblir konstant, så hastigheten på bølgeoverføringen er ikke avhengig på kildens hastighet ), så oppdager observatøren bølger med en frekvens gitt av: $f_{\text{0}}$ $F$

f=\left({\frac {c}{c+v_{\text{s}}}}\right)f_{0}

En lignende analyse for en bevegelig observatør og en stasjonær kilde (i dette tilfellet forblir bølgelengden konstant, men på grunn av bevegelsen, hastigheten som observatøren mottar bølgene med, og derfor overføringshastigheten til bølgen [mht. observatøren] endres) gir den observerte frekvensen:

f=\left({\frac {c+v_{\text{r}}}{c}}\right)f_{0}

Dette kan generaliseres til ligningen presentert i forrige avsnitt:

f=\left({\frac {c+v_{\text{r}}}{c+v_{\text{s}}}}\right)f_{0}

En interessant effekt ble spådd av Lord Rayleigh i sin klassiske bok om lyd: hvis kilden nærmet seg observatøren med dobbelt så høy lydhastighet, ville et musikkstykke som sendes ut fra den kilden bli hørt til riktig tid og tonehøyde, men omvendt (det vil si at tonene på slutten av stykket ville nå betrakteren før de i begynnelsen). [ 7 ] Dopplereffekten på lyd oppfattes bare tydelig med objekter som beveger seg ganske raskt: endringen i musikalsk tonehøydefrekvens innebærer en hastighet på rundt 40 meter per sekund (144 km/t). Imidlertid kan endringer i amplitude av lyder fra bevegelige sendere lett forveksles med små endringer i frekvens. Neil A Downie har vist [ 8 ] hvordan dopplereffekten kan gjøres mye lettere hørbar ved å bruke en ultralydsender (f.eks. 40 kHz) som sender ut fra objekter i bevegelse. Observatøren må bruke en heterodyn frekvensomformer (som de som brukes i mange flaggermusdetektorer) som kan arbeide i båndet opp til 40 kHz. I dette tilfellet, med mottakeren justert for å oversette bølgene som mottas til 2000 Hz-båndet for å gjøre dem hørbare, er det nok at senderen beveger seg med bare 2 meter per sekund for at observatøren skal oppfatte et frekvensskifte på ett toneheltall ( 240 Hz).

Banen til senderen faller ikke inn på mottakeren

I tilfelle av en sirene i bevegelse av utrykningskjøretøy som passerer nær en observatør, vil den begynne å høres med en høyere frekvens enn dens stillestående tone. Den vil gå lavere når den kommer nærmere, og vil fortsette å senke seg (under sin stasjonære tonehøyde) når den beveger seg bort fra observatøren. Astronom John Dobson forklarte effekten på denne måten:

"Grunnen til at sirenens tonehøyde oppfattes som gradvis glidende , er fordi den ikke overvelder observatøren."

Med andre ord, hvis sirenen skulle nærme seg observatøren direkte (med konstant hastighet), ville den oppfattede frekvensen forbli uendret til kjøretøyet nådde den, bare for umiddelbart å hoppe til en ny lavere tone så snart den begynte å bevege seg bort . På grunn av det faktum at kjøretøyet ikke passerer gjennom det nøyaktige punktet som observatøren opptar, men heller overskrider det på en viss avstand, presenterer dets relative hastighet en radiell komponent som ikke forblir konstant, men varierer som funksjon av vinkelen mellom dens siktlinje og hastigheten til kjøretøyet som bærer sirenen:

v_{\text{radial}}=v_{\text{s}}\cdot \cos {\theta }

hvor er vinkelen mellom objektets hastighet fremover og siktelinjen fra objektet til observatøren. $\theta$

Algebra av dopplereffekten i lydbølger

Observatør som nærmer seg en kilde

La oss tenke oss at en observatør O beveger seg med en hastighet som har retning og sans mot en lydkilde S som er i ro. [ 9 ] Mediet er luft og er også i ro. Kilden sender ut en lyd av hastighet , frekvens og bølgelengde . Derfor vil hastigheten på bølgene i forhold til observatøren ikke være , men følgende: $v_{o}\,$ $v\,$ $F\,$ $\lambda \,$ $v\,$

\ v'=v+v_{o}

Men siden hastigheten til mediet ikke endres, vil bølgelengden være den samme, derfor hvis:

\ v=f\cdot \lambda \Rightarrow f={\frac {v}{\lambda }}

Men som vi nevnte i den første forklaringen, vil observatøren når han nærmer seg kilden høre en høyere tonehøyde, dette innebærer at frekvensen er høyere. Denne høyere frekvensen fanget opp av observatøren kalles den tilsynelatende frekvensen, som vi kaller . $f'\,$

\ f'={\frac {v'}{\lambda }}={\frac {v+v_{o}}{\lambda }}={\frac {v}{\lambda }}+{ \frac {v_{o}}{\lambda }}=f+{\frac {v_{o}}{\lambda }}=f\cdot {\bigg (}1+{\frac {v_{o}}{ f\cdot \lambda }}{\bigg )}=f\cdot {\bigg (}1+{\frac {v_{o}}{v}}{\bigg )}

Observatøren vil høre en høyere frekvens lyd pga $\textstyle \left(1+{\tfrac {v_{o}}{v}}\right)\geq 1$

Observatør som går bort fra en kilde

La oss analysere det motsatte tilfellet: når observatøren beveger seg bort fra kilden, vil hastigheten være , og analogt kan vi utlede at $v'=v-v_{o}\,$ $\textstyle f'=f\cdot \left(1-{\tfrac {v_{o}}{v}}\right)$

Kilde som nærmer seg observatøren

I dette tilfellet vil den tilsynelatende frekvensen oppfattet av observatøren være større enn den reelle frekvensen som sendes ut av kilden, noe som får observatøren til å oppfatte en høyere tonehøyde.

Derfor vil den oppfattede bølgelengden for en kilde som beveger seg med en hastighet være: $v_{s}\,$

{\mathcal {\lambda }}'=\lambda -\Delta \lambda

Hvordan kan vi utlede at: $\lambda ={\frac {v}{f}}$

f'={\frac {v}{\lambda '}}={\frac {v}{\lambda -{\frac {v_{s}}{f}}}}={\frac {v }{{\frac {v}{f}}-{\frac {v_{s}}{f}}}}=f\cdot {\bigg (}{\frac {v}{v-v_{s} }}{\bigg )}

Kilde beveger seg bort fra observatøren

Å gjøre et analogt resonnement for det motsatte tilfellet: kilden flytter bort; vi kan konkludere med at frekvensen oppfattet av en observatør i ro med en bevegelig kilde vil være:

f'=f\cdot {\Bigg (}{\frac {1}{1\pm {\frac {v_{s}}{v}}}}{\Bigg )}

Når kilden nærmer seg observatøren, vil et (-) tegn bli plassert i nevneren, og når kilden beveger seg bort, vil det bli erstattet av et (+).

Etter å ha lest ovenstående dukker følgende spørsmål opp: Hva vil skje hvis kilden og observatøren beveger seg samtidig? I dette spesielle tilfellet brukes følgende formel, som ikke er mer enn en kombinasjon av de to:

f'=f\cdot {\bigg (}{\frac {v\pm v_{o}}{v\mp v_{s}}}{\bigg )}

Følelsen av forskyvning av kilden og observatøren er omvendt:

Hvis observatøren nærmer seg kilden, er telleren positiv, hvis den beveger seg bort negativ.

Hvis lydkilden nærmer seg observatøren er nevneren negativ, hvis den beveger seg bort er den positiv.

Det kan være slik at telleren og nevneren er en sum, og også at telleren og nevneren er en subtraksjon.

Eksempel

En observatør beveger seg med en hastighet på 42 m/s mot en trompetist i ro. Trompetisten spiller (sender ut) tonen la (440 Hz). Hvilken frekvens vil observatøren oppfatte, vel vitende om at = 340 m/s $\ v_{\rm {lyd}}\,$

Løsning: Hvis observatøren nærmer seg kilden, innebærer det at hastigheten som hver bølgefront vil bli oppfattet med vil være større, derfor vil den tilsynelatende frekvensen være større enn den virkelige (i hvile). For at dette skal skje må vi bruke tegnet (+) i ligningen.

f'=f\cdot {\bigg (}1\pm {\frac {v_{o}}{v}}{\bigg )}

f'=440\mathrm {Hz} \cdot {\bigg (}1+{\frac {42\mathrm {m/s} }{340\mathrm {m/s} }}{\bigg )} \rightarrow f'=494.353\mathrm {Hz}

I dette spesielle tilfellet avgir trompetisten tonen la ved 440 Hz; observatøren oppfatter imidlertid en tone som vibrerer med en frekvens på 494,353 Hz, som nærmer seg frekvensen som tilhører noten si . Musikalsk sett oppfatter observatøren lyden med en høyere tonehøyde enn den faktisk sendes ut.

Algebra av dopplereffekten i elektromagnetiske bølger

Når det gjelder elektromagnetiske bølger, er dopplereffektformelen: Å være f frekvensen til senderen, f den som sees av mottakeren, v senderens hastighet i forhold til mottakeren og Lorentz-faktoren gitt av: $f'=\gamma {\frac {c+v}{c}}f$ $\gamma$

\gamma ={\frac {1}{\sqrt {1-{\cfrac {v^{2}}{c^{2}}}}}}

(Demonstrasjon:)

For å analysere tilfellet med elektromagnetiske bølger vil vi bruke Lorentz-transformasjonene til å gå fra det emitterende referansesystemet til det mottakende; vi vil angi de primede størrelsene de til mottakeren og de uten primede de til emitteren. Vi vil anta at bølgen og emitteren beveger seg til høyre.

Anta at emitteren sender ut en bølge av formen:

\ \Phi (x,t)=\Phi (\omega t-kx)

Koordinattransformasjonene vil være:

\ x=\gamma (x'-vt')

t=\gamma (t'-{\frac {vx'}{c^{2}}})

Substituere i bølgefunksjonen og sammenligne med bølgefunksjonen i mottaksrammen:

\ \Phi (x,t)=\Phi (\omega t-kx)=\Phi (\gamma (\omega +kv)t'-\gamma ({\frac {v\omega }{c^ {2}}}+k)x')=\Phi '(\omega 't'-k'x')

Vi får det:

\omega '=\gamma (\omega +kv)=\gamma {\frac {c+v}{c}}\omega

Eller når det gjelder frekvensene:

f'=\gamma {\frac {c+v}{c}}f

Applikasjoner

Astronomi

Doppler-effekten på elektromagnetiske bølger som lys er svært nyttig i astronomi , og kommer til uttrykk i såkalt rødforskyvning eller blåforskyvning . Den har blitt brukt til å måle hastigheten med hvilken stjerner og galakser beveger seg mot eller bort fra Jorden; det vil si deres radielle hastigheter . Dette fysiske fenomenet brukes til å oppdage binære stjerner , for å måle spinnhastigheten til stjerner og galakser, eller for å oppdage eksoplaneter . (Det skal bemerkes at rødforskyvningen også brukes til å måle utvidelsen av plass , selv om det egentlig ikke er et dopplerskifte i dette tilfellet.) [ 10 ]

Bruken av dopplereffekten på lys i astronomi avhenger av kunnskapen om at stjernespektrene ikke er homogene. De viser skarpe absorpsjonslinjer med frekvenser som er i samsvar med energiene som kreves for å eksitere elektronene til forskjellige elementer fra ett nivå til et annet. Doppler-effekten er gjenkjennelig i det faktum at de kjente mønstrene av absorpsjonslinjer ikke alltid ser ut til å falle sammen med frekvensene som oppnås fra spekteret til en stasjonær lyskilde. Siden blått lys har en høyere frekvens enn rødt lys, viser spektrallinjene til en astronomisk lyskilde som nærmer seg et blått skift, og de til en vikende opplever et rødt skift.

Blant de nærmeste stjernene til jorden er de høyeste radielle hastighetene i forhold til solen +308 km/s ( BD-15°4041 , også kjent som LHS 52, som ligger 81,7 lysår unna) og –260 km/s ( Woolley ) 9722 , også kjent som Wolf 1106 og LHS 64, som ligger 78,2 lysår unna). En positiv radiell hastighet betyr at stjernen beveger seg bort fra solen, negativt at den beveger seg nærmere.

radar

Doppler-effekten brukes i noen typer radarer , for å måle hastigheten til oppdagede objekter. En radarstråle skytes mot et bevegelig mål (for eksempel en bil, som ved politiets bruk av radar for å oppdage kjøretøyhastigheter) når den nærmer seg eller går tilbake fra radarkilden. Hver påfølgende radarbølge må reise lenger for å nå bilen, før den reflekteres og oppdages igjen nær kilden. Etter hvert som hver bølge må bevege seg lenger, øker avstanden mellom hver bølge, noe som gir en økning i bølgelengden. I noen situasjoner brukes radarstrålen med bilen i bevegelse, og hvis den kommer nærmere det observerte kjøretøyet, reiser hver påfølgende bølge en kortere avstand, noe som resulterer i en reduksjon i bølgelengden. I alle disse situasjonene lar dopplerberegninger hastigheten til kjøretøyet observert av radaren bestemmes nøyaktig. På den annen side er nærsikringen , utviklet under andre verdenskrig, avhengig av dopplerradar for å detonere eksplosiver til rett tid basert på deres høyde over bakken eller deres avstand fra målet. [ 11 ]

Fordi Doppler-forskyvningen påvirker bølgen som inntreffer på målet så vel som bølgen som reflekteres tilbake til radaren, er endringen i frekvensen observert av en bevegelig radar i forhold til et bevegelig mål en funksjon av dens relative hastighet . , og den er dobbelt så stor som vil bli registrert direkte mellom avsender og mottaker: $\Delta v$

\Delta f={\frac {2\Delta v}{c}}f_{0}

. [ 12 ]

Medisinsk bildediagnostikk og blodstrømsmåling

Et ekkokardiogram kan, innenfor visse grenser, gi en nøyaktig vurdering av blodstrømretningen og hastigheten til blod og hjertevev på et hvilket som helst vilkårlig punkt ved bruk av Doppler-effekten. En av begrensningene er at ultralydstrålen skal være så parallell som mulig med blodstrømsretningen. Hastighetsmålinger tillater vurdering av hjerteklaffområder og funksjon; av all mulig unormal kommunikasjon mellom venstre og høyre side av hjertet; av eventuell lekkasje av blod gjennom ventilene (valvulær oppstøt); og beregning av hjertevolum .

Selv om begrepet "doppler" har blitt et synonym for "hastighetsmåling" i medisinsk bildebehandling, er det i mange tilfeller ikke frekvensforskyvningen (dopplereffekten) til det mottatte signalet som måles, men faseendringen (det vil si, når det mottatte signalet kommer, som gjør det mulig å beregne avstander).

Blodstrømningshastighetsmålinger brukes også i andre felt av sonografisk medisin, for eksempel obstetrikk og nevrologi . Dopplerbasert måling av blodstrømhastighet i arterier og vener er et effektivt verktøy for å diagnostisere vaskulære problemer som stenose . [ 13 ]

Strømningshastighetsmåling

Instrumenter som laserdopplerhastighetsmåler (LDV) og akustisk dopplerhastighetsmåler (ADV) er utviklet for å måle hastigheter i væskestrøm. LDV sender ut en lysstråle og ADV sender ut et tog av akustiske ultralydbølger, som måler Doppler-effekten ved bølgelengdene til refleksjoner fra partikler som beveger seg med væskestrømmen. Den faktiske strømmen beregnes som en funksjon av hastigheten til væsken og den faste fasen. Denne teknikken tillater ikke-invasive, høypresisjons- og høyfrekvente strømningsmålinger.

Måling av hastighetsprofiler

Opprinnelig utviklet for hastighetsmålinger i medisinske applikasjoner (blodstrøm), tillater ultralyddoppler velosimetri (UDV) nesten sanntidsmåling av hele hastighetsprofilen i nesten alle væsker som inneholder suspenderte partikler, som støv, luftbobler, gass eller emulsjoner. Strømmer kan være pulserende, oscillerende, laminære eller turbulente, stasjonære eller forbigående. Denne teknikken er fullstendig ikke-invasiv.

Satellittkommunikasjon

Satellitter beveger seg veldig raskt og kan ha et Dopplerskifte på titalls kilohertz i forhold til en bakkestasjon. Hastigheten til satellittene, som størrelsen på Doppler-effekten avhenger av, gjennomgår endringer på grunn av jordens krumning. For å unngå dette problemet er det utviklet dynamisk dopplerkompensasjon, hvor frekvensen til signalet modifiseres flere ganger under overføring, slik at satellitten mottar et signal med konstant frekvens. [ 14 ]

Lyd

Leslie-høyttaleren , vanligvis assosiert med de populære Hammond -orgelene , utnytter dopplereffekten ved å bruke en elektrisk motor som roterer et akustisk horn rundt en høyttaler, og roterer retningen til lyden 360° for hver sving. Dette oversettes til det menneskelige øret ved at frekvensene svinger raskt for hver tone på tastaturet.

Vibrasjonsmåling

Et laser-doppler-vibrometer (LDV) er en metode der vibrasjonsmåling kan oppnås uten behov for kontakt. Laserstrålen er rettet mot overflaten som skal undersøkes fra LOD, og vibrasjonsamplituden og dens frekvens trekkes ut fra Doppler-forskyvningen av laserstrålefrekvensen på grunn av overflatebevegelse.

Utviklingsbiologi

Under segmenteringen av virveldyrembryoer produserer genekspresjonsprosessen en serie bølger som sveiper gjennom den presomitte mesodermen , vevet som vertebratforløpere ( somitter ) dannes fra. En ny somitt dannes ved ankomsten av en bølge i den fremre enden av presomittens mesoderm. Hos sebrafisk er det vist at forkortningen av presomittens mesoderm under segmentering gir en dopplereffekt som gjennom bølger styrer bevegelsene til det fremre endevevet. Denne Doppler-effekten bidrar til kontrollen av segmenteringsperioden. [ 15 ]

Omvendt dopplereffekt

Siden 1968 har forskere som Victor Veselago spekulert i muligheten for en omvendt Doppler-effekt. Eksperimentet som hevdet å ha oppdaget denne effekten ble utført av Nigel Seddon og Trevor Bearpark i Bristol , Storbritannia i 2003. [ 16 ]

Forskere fra mange universiteter som Swinburne University of Technology og University of Shanghai for Science and Technology viste at denne effekten også kan observeres ved optiske frekvenser. Dette var mulig takket være genereringen av en fotonisk krystall som de projiserte en laserstråle på. Dette førte til at krystallen oppførte seg som et superprisme , og den omvendte Doppler-effekten kunne observeres. [ 17 ]

Se også

Referanser

↑ [1]
^ Alec Eden (1992). Springer-Verlag, red. Jakten på Christian Doppler . Wien. ISBN 0-387-82367-0 .
↑ Nicolas Witkowski, "A Train for Christian Doppler", i "A Sentimental History of the Sciences", s. 191-195, Twenty-first Century Publishers, Buenos Aires, 2001, ISBN 978-987-1220-77-9 .
↑ Y. Houdas (april 1991 ). Doppler, Buys-Ballot, Fizeau. Historisk notat om oppdagelsen av Doppler-effekten». Annales de cardiologie et d'angéiologie (på engelsk) (4 utgaver) 40 : 209-13. PMID 2053764 .
↑ Scott Russell, John (1848). "På visse effekter produsert på lyd av observatørens raske bevegelse" . Rapport fra det attende møte i British Association for the Advancement of Science (John Murray, London i 1849) 18 (7): 37-38 . Hentet 8. juli 2008 .
^ a b Rosen, Joe; Gothard, Lisa Quinn (2009). Encyclopaedia of Physical Science . Infobase publisering. s. 155. ISBN 0-8160-7011-3 . Utdrag fra side 155
↑ Strutt (Lord Rayleigh), John William (1896). MacMillan & Co, red. The Theory of Sound 2 (2 utgave). s. 154.
↑ Downie, Neil A, 'Vacuum Bazookas, Electric Rainbow Jelly og 27 andre prosjekter for Saturday Science', Princeton (2001) ISBN 0-691-00986-4
↑ Bestfavy.com. Dopplereffektligning . _ Hentet 1. juni 2016 .
↑ Skillet er tydeliggjort i Harrison, Edward Robert (2000). Cosmology: The Science of the Universe (2. utgave). Cambridge University Press . s. 306ff . _ ISBN 0-521-66148-X .
^ Brennen, James W. (september 1968). The Proximity Fuze Hvem sitt hjernebarn?' . United States Naval Institute Proceedings.
↑ http://www.radartutorial.eu/11.coherent/co06.en.html
↑ Evans, D.H.; McDicken, W.N. (2000). Doppler-ultralyd (2. utgave). New York: John Wiley og sønner. ISBN 0-471-97001-8 .
↑ Qingchong, Liu (1999), "Dopplermåling og kompensasjon i mobile satellittkommunikasjonssystemer" , Military Communications Conference Proceedings / MILCOM 1 : 316-320, doi : 10.1109/milcom.1999.822695 .
↑ Soroldoni, D.; Jörg, DJ; Morelli, LG; Richmond, D.L.; Schindelin, J.; Jülicher, F.; Oates, A.C. (2014). "En dopplereffekt i embryonisk mønsterdannelse". Science 345 : 222-225. Bibcode : 2014Sci...345..222S . PMID 25013078 . doi : 10.1126/science.1253089 .
↑ Kozyrev, Alexander B.; van der Weide, Daniel W. (2005). "Forklaring av den inverse dopplereffekten observert i ikke-lineære overføringslinjer". Physical Review Letters 94 (20): 203902. Bibcode : 2005PhRvL..94t3902K . PMID 16090248 . doi : 10.1103/PhysRevLett.94.203902 . Informativt sammendrag – Phys.org (23. mai 2005).
↑ Forskere reverserer Doppler-effekten , physorg.com, 7. mars 2011 , hentet 18. mars 2011 .

Eksterne lenker

Wikimedia Commons er vert for et mediegalleri om Doppler-effekten .
Dopplereffekt forklart i programmet "Brainiac"
Illustrert artikkel om Doppler-effekten og dens bruk