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.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Hiệu ứng Doppler - Ứng dụng trong việc phát minh ra súng bắn tốc độ
- Hiệu ứng Doppler - Ứng
dụng trong việc phát minh
ra súng bắn tốc độ
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.
- Nhà thiên văn học John Dobson giải thích hiệu ứng Doppler khi nghe tiếng
còi xe: "lý do mà tiếng còi giảm là do xe không tông bạn"?
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.
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:
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).
Tần số tăng lên khi nguồn tiến về phía người quan sát, và giảm đi khi nguồn
đi ra xa người quan sát.
- Tương tự, khi nguồn đứng im còn người quan sát chuyển động:
Đối với sóng điện từ (ví dụ ánh sáng), lan truyền mà không cần môi trường,
hiệu ứng Doppler được tính toán dựa vàothuyết tương đối.
Phân Tích
Trong hiệu ứng Doppler thật ra tần số của nguồn sóng không bị thay đổi. Để
hiểu rõ nguyên nhân tạo ra hiệu ứng Doppler, sự thay đổi 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 vận tốc 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, anh ta sẽ nhận được nhiều bóng hơn
mỗi phút vì khoảng cách của họ đã bị rút ngắn. Vậy chính số bước sóng bị thay đổi
nên gây ra sự thay đổi tần số.
Ứng Dụng
Một microphone cố định thu âm tiếng của xe cảnh sát tại độ ngân khác nhau
tùy thuộc vào hướng tương đối của chúng
- Thường ngày
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 bình thường khi xe chạy ra xa.
Nhà thiên văn học John Dobson giải thích hiện tượng trên: "lý 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:
Trong đó v là thành phần vận tốc của xe theo phương chỉ tới bạn, v0 là tốc
độ của xe và θ là góc giữa hướng di chuyển của xe và hướng nối từ xe đến bạn.
Súng bắn tốc độ
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 f0 và f1 ta sẽ tính ra được
vận tốc của phương tiện giao thông đó.
- nv
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
