Интерферометры
Звездный интерфероментр Майкельсона
Интерферометр Фабри-Перо
Дифракционная решетка
Дифракция на круглом отверстии
Обсуждение полученных результатов
Пятно Пуассона
Одноосные кристаллы
Двойное лучепреломление
Естественное вращение плоскости поляризации
Искусственное двойное лучепреломление
Тепловое излучение
Плотность лучистой энергии
Формула Планка
Оптическая пирометрия
Теплоемкость кристаллической решетки
Эффект Допплера
Фотоны
Примеры использования понятия фотона
Эффект Комптона
Примеры использования понятия фотона
Эффект Комптона
Физический смысл волновой функции
Как нам это понимать
Парадокс Больцмана
Нормирование волновой функции
Стоячие волны. Рефракция
Квантование момента импульса
Навигация
Эффект Допплера
Лекции по физике
143609
знаков
73
таблицы
14
изображений
14.2. Эффект Допплера
|
v
|
з
|
|
|
|
При излучении волны движущимся источником частота излученной волны не совпадает с частотой колебаний источника. Соответственно, воспринимаемая движущимся приемником частота колебаний не совпадает с частотой колебаний, распространяющихся с волной. Связанные с переходом из одной системы в другую изменения частоты и волнового вектора носят название эффекта Допплера.
Рассмотрим процесс отражения электромагнитной волны от движущегося навстречу ей зеркала.
На рисунке представлены электромагнитные волны до и после отражения. Перейдем в систему отсчета, связанной с движущимся зеркалом.
Подставим в выражение для падающей на зеркало волны значения t и x и проведем перегруппировку сомножителей:
.
В аргументе падающей на зеркало волны в движущейся K’ системе
;
.
Такой представляется волна наблюдателю, движущемуся вместе с зеркалом.
Проделаем те же операции с аргументом отраженной волны, распространяющейся направо:
.
Естественно, в этих выражениях w¢ и k¢ одни и те же: в связанной с зеркалом K’ системе волна отражается без изменения частоты и волнового числа. Поэтому
; 
.
С помощью этих равенств мы можем выразить значения w2 и k2 через частоту и волновое число падающей волны w1 и k1:
;
.
При преобразованиях мы воспользовались выражением 
.
Таким образом, при отражении волны от движущегося навстречу ей зеркала происходит увеличение частоты и, соответственно волнового числа. Если волна имела квант энергии ћw1, после отражения эта энергия возрастет - за счет работы против сил давления на зеркало в процессе отражения. Это означает, что такой квант энергии обладает импульсом.
Получим выражение для импульса из самых элементарных соображений. Введя среднюю силу взаимодействия кванта F, запишем для изменения импульса выражение:
,
и, поскольку взаимодействие происходит на скорости света c, изменение энергии
.
Поэтому
; 
.
Таким вот образом постепенно появляется представление о некоторой частице - фотоне. Ее энергия 
и импульс связываются с частотой w и волновым числом k.
14.3. Поперечный эффект Допплера. Аберрация
Преобразования Лоренца мы выписали для случая движения системы отсчета K’ вдоль оси OX. Их надо еще дополнить выражениями для преобразований y- и z-координат. Они имеют вид
.
Вообще говоря, это приводит к выражениям 
и 
. Поэтому может создаться впечатление, что при движении электромагнитной волны в перпендикулярном к оси OX направлении релятивистские эффекты несущественны. Однако это не так.
Предположим, что волна в неподвижной системе отсчета распространяется вдоль оси OY (
). Перейдем, как мы делали это раньше, в движущуюся систему отсчета:
;
.
Изменение частоты при поперечном эффекте Допплера связано с замедлением хода времени в движущейся системе отсчета. При этом еще изменяется и направление распространение волны - ее угол с осью OY определяется выражениями
.
|
c
v |
Связанное с этим смещение видимого положения звезды на угол q по отношению к ее истинному положению называют аберрацией. В течение года направление движения Земли при ее обращении вокруг Солнца изменяется, изменяется и положение наблюдаемой звезды на небосводе.
Сама по себе аберрация не является следствием теории относительности. Забыв о последней, мы могли бы провести такие рассуждения.
Если телескоп движется перпендикулярно к направлению на звезду, необходимо наклонить его так, чтобы свет распространялся вдоль оси телескопа. Угол наклона при этом должен быть таким, чтобы 
. Как видите, результат при этом получается другой. Точное измерение необходимого угла наклона позволяет еще раз проверить справедливость теории относительности.
Лекция 18
Похожие работы
... свойства. А.у.т. - тело, для которого силы однозначно определяют деформации и наоборот. Правильность выбранной абстракции подтверждается совпадением, определенной точностью результатов теории и опыта. Физика - наука, устанавливающая закономерные связи посредством наблюдений явлений в природе и посредством лабораторных опытов. Согласие результатов научного анализа с результатами опыта - критерий ...
... так, как большинство материалов относится к устному творчеству, откуда и были получены, также есть выдержки из книг: «Физики шутят», «Физики продолжают шутить», «Сборник задач по физике» Г. Остера. Шутки, которые шутят физики. Один математик спросил коллегу, известного своими религиозными убеждениями: - Вы, что же, верите в единого ...
... фара́да). 1 фарад равен электрической ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между обкладками конденсатора напряжение 1 вольт. Ф = Кл/В = A·c/B Единица названа в честь английского физика Майкла Фарадея Фарад — очень большая ёмкость. Емкостью 1Ф обладал бы уединенный шар, радиус которого был бы равен 13 радиусам Солнца. Для сравнения, ёмкость Земли (шара размером с ...
... гальванометра отклонялась (то же происходило и при поднятии электромагнита из катушки). Эта схема напоминает рисунок из лабораторного журнала Фарадея. Удивительно, как схожи оказались эксперименты двух великих физиков, работавших независимо друг от друга на разных континентах! В своей статье, написанной уже после знакомства с опытом Фарадея, Генри, отдавая должное английскому физику, подчеркнул, ...
0 комментариев