Физика и астрономия · 12 клас · урок 4 от 5

Ефект на Доплер: звук и светлина

Ефектът на Доплер е промяна на възприеманата честота, когато източникът или наблюдателят се движат. При приближаване честотата расте (по-висок тон, синьо отместване), а при отдалечаване намалява (по-нисък тон, червено отместване). За звук при неподвижен наблюдател f′ = f·v/(v ∓ vs), а при движещ се наблюдател f′ = f·(v ± vo)/v. За светлината при скорости, много по-малки от c, Δλ/λ ≈ v/c. Червеното отместване на далечните галактики е довод за разширяването на Вселената.

Работен лист за печат

Какво да запомним

  • Приближаване: по-висока честота; отдалечаване: по-ниска честота.
  • Звук, движещ се източник: f′ = f·v/(v − vs) при приближаване.
  • Звук, движещ се наблюдател: f′ = f·(v + vo)/v при приближаване.
  • Светлина: Δλ/λ ≈ v/c при v << c.

Пример

Линия с λ = 500 nm се наблюдава при 510 nm: Δλ/λ = 0,02, следователно галактиката се отдалечава с около 0,02 · 300 000 = 6000 km/s.

Проверете се: 10 въпроса

Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.

  1. Как се променя тонът на сирената на линейка, която се приближава?
    • Става по-висок
    • Става по-нисък
    • Не се променя
    • Изчезва

    Отговор: Става по-висок

    При приближаване вълните се "сгъстяват" и честотата расте.

  2. Какво показва червеното отместване в спектъра на далечна галактика?
    • Галактиката се приближава
    • Галактиката е гореща
    • Галактиката е неподвижна
    • Галактиката се отдалечава

    Отговор: Галактиката се отдалечава

    Линиите са отместени към по-големи дължини на вълната.

  3. Източник на звук с честота 680 Hz се приближава с 20 m/s към неподвижен наблюдател. Каква честота чува наблюдателят? (vзвук = 340 m/s)
    • 640 Hz
    • 680 Hz
    • 722,5 Hz
    • 720 Hz

    Отговор: 722,5 Hz

    f′ = 680 · 340/(340 − 20) = 722,5 Hz.

  4. Наблюдател се движи с 34 m/s към неподвижен източник с честота 500 Hz. Каква честота чува? (vзвук = 340 m/s)
    • 550 Hz
    • 450 Hz
    • 500 Hz
    • 555,6 Hz

    Отговор: 550 Hz

    f′ = 500 · (340 + 34)/340 = 550 Hz.

  5. Как пътните радари измерват скоростта на автомобилите?
    • По времето за изминаване на 100 m
    • По силата на звука
    • По промяната на честотата на отразената вълна
    • По температурата на гумите

    Отговор: По промяната на честотата на отразената вълна

    Отразената от движещия се автомобил вълна има отместена честота, пропорционална на скоростта.

  6. Кой учен описва промяната на честотата при движение на източника (1842 г.)?
    • Хайнрих Херц
    • Едуин Хъбъл
    • Кристиан Доплер
    • Христиан Хюйгенс

    Отговор: Кристиан Доплер

    Доплер е австрийски физик; ефектът е проверен със звук от музиканти върху движещ се влак.

  7. Какво означава синьо отместване в спектъра на звезда?
    • Звездата се приближава
    • Звездата се отдалечава
    • Звездата е студена
    • Звездата е неподвижна

    Отговор: Звездата се приближава

    Дължините на вълните намаляват, линиите се отместват към синия край.

  8. Звезда се отдалечава със скорост 3000 km/s. С колко процента се увеличават дължините на вълните в спектъра ѝ?
    • С 10%
    • С 0,1%
    • С 3%
    • С 1%

    Отговор: С 1%

    Δλ/λ ≈ v/c = 3000/300 000 = 0,01.

  9. Линия с λ = 500 nm в спектъра на галактика се наблюдава при 510 nm. С каква скорост се отдалечава галактиката?
    • ≈ 600 km/s
    • ≈ 6000 km/s
    • ≈ 60 000 km/s
    • ≈ 3000 km/s

    Отговор: ≈ 6000 km/s

    v ≈ c·Δλ/λ = 300 000 · 10/500 = 6000 km/s.

  10. Влак свири с честота 400 Hz и се отдалечава от гарата с 40 m/s. Каква честота чува човек на гарата? (vзвук = 340 m/s)
    • ≈ 453 Hz
    • ≈ 358 Hz
    • 400 Hz
    • ≈ 447 Hz

    Отговор: ≈ 358 Hz

    f′ = 400 · 340/(340 + 40) ≈ 358 Hz.