Ефект Доплера

Ефект Доплера є одним з чудових відкриттів в галузі дослідження властивостей хвильових явищ. Його універсальний характер визначає те, що сьогодні на основі даного ефекту працюють тисячі і тисячі найрізноманітніших приладів в різних сферах людської діяльності. Явище, яке потім отримало назву на честь свого першовідкривача, було виявлено австрійським фізиком Християном Доплером ще в середині дев`ятнадцятого століття. Доплер проводив вимірювання властивостей хвиль, які надходили до приймача від рухомого і нерухомого джерела.

Якщо розглянути ефект Доплера в самому простому вигляді, то слід зазначити, що дане фізичне явище описує зміну частоти сигналу по відношенню до величини переміщення самого джерела даного сигналу від приймача, який його приймає. Наприклад, хвиля, яка виходить від деякого джерела, і яка має деяку фіксовану частоту, буде прийнята приймачем вже на іншій частоті, якщо за час її проходження джерело і приймач змінили своє місце розташування відносно один одного, тобто перемістилися. При цьому збільшиться показник частоти або зменшиться, залежить від того, в який бік зміщується джерело щодо приймача. Враховуючи ефект Доплера, можна однозначно стверджувати, що якщо приймач віддаляється від джерела - значення частоти хвилі зменшується. Якщо ж приймач наближається до джерела хвильового випромінювання, то показник величини частоти хвилі збільшується. Відповідно, з цих закономірностей робиться висновок про те, що якщо джерело і приймач хвилі за час її проходження не змінили свого місця розташування, то і значення частоти хвилі залишиться колишнім.

Важлива і ще одне застереження, яка характеризує ефект доплера. Ця властивість певною мірою входить в протиріччя з законами теорії відносності. Справа в тому, що значення зміни частоти визначається не тільки тим, рухаються чи ні приймач і джерело випромінювання, а ще й тим, що саме рухається. Вимірювання показали, що частотний зсув, обумовлений тим, який саме об`єкт рухливий, тим більш помітний, чим менше розбіжність у швидкостях зсуву приймача і джерела від швидкості руху хвилі. Насправді у випадках, де має місце прояв допплерівського ефекту, ніякого протиріччя з теорією відносності не виявляється, тому що тут важливо не відносне переміщення приймача і джерела, а природа переміщення хвилі в тій пружною середовищі, в якому вона переміщається.

Такі властивості ефект Доплера проявляє і по відношенню до хвиль акустичного походження, і до електромагнітних хвиль, за винятком того, що у випадку з електромагнітними хвилями явища зсуву частоти не залежать від того, переміщується джерело або приймач.

Як проявляється цей досить абстрактний ефект, побачити, тим не менш, досить нескладно. Наприклад, ефект Доплера в акустиці можна побачити, точніше - почути, в той момент, коли, стоячи в автомобільній пробці, ви чуєте сигнал сирени проїжджає повз спецмашини. Напевно всі відзначали той факт, що якщо така машина наближається - звук сирени звучить одним чином, високо, а коли такий автомобіль обганяє вас - звук сирени нижче. Це якраз і підтверджує наявність зміни значення частоти акустичного сигналу.

Величезне значення частота Доплера грає в радіолокації, стосовно електромагнітних хвиль. На основі даного ефекту працюють всі радіолокаційні станції та інші пристрої виявлення рухомих об`єктів в найрізноманітніших галузях людської діяльності.

Його властивості використовуються в медичній техніці для визначення кровотоку, широко відома також така процедура, як доплеровская ехокардіографія. На основі доплерівського ефекту побудовані прилади забезпечення навігації для підводних суден, з його використанням метеорологи вимірюють силу вітру і швидкість руху хмарних мас.

Навіть астрономія в своїх вимірах використовує доплеровский ефект. Так, за величиною зміщення спектрів різних астрономічних об`єктів, визначається їх швидкість переміщення в просторі, зокрема, саме на основі цього ефекту була висунута гіпотеза про розширення Всесвіту.