Bài giảng Hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng Doppler đối với sóng âm Hiệu ứng Doppler đối với sóng điện từ Sự thay đổi tần số sóng mà máy thu nhận được khi có sự chuyển động tương đối giữa máy thu và nguồn phát Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Doppler Effect  This is the apparent change in frequency of waves due to the motion of the source/observer  Note: The higher the frequency the higher the pitch e.g. car sounding its horn coming toward you, ambulance siren coming toward you etc… 1/6/2012 An example of this would be a formula one car as it drives past Note how the frequency of the sound changes l f t i l f l it i t t t f f t Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. I. HIỆU ỨNG DOPPLER ĐỐI VỚI SÓNG ÂM Qui ước u > 0 NA lại gần MT , u < 0 (NA ra xa MT). u’ >0 MT lại gần NA , u’< 0 (MT ra xa NA) u : vận tốc của nguồn âm (NA) u’: vận tốc của máy thu (MT) v : vận tốc truyền âm f’: tần số MT T: chu kỳ : tần số NA   v f (  : bước sóng của NA) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1. NA và MT đều chuyển động  NA và MT tiến lại gần nhau v   A B u > 0 u’ > 0 uT ’ b  v   A B u > 0 b’ a Vận tốc truyền âm từ A đến B ' ' '  v f  v’ = v + u’ Bước sóng do A phát ra uT  ' Tần số MT nhận được f uv uv f    ' ' Kết luận: MT nhận được tần số lớn hơn tần số nguồn phát  ff ' Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1. NA và MT đều chuyển động (tt)  NA và MT đi ra xa nhau v   A B u > 0 u’ > 0 v’ = v - u’ uT  ' f uv 'uv 'f    f'f  Tần số MT nhận được Kết luận: MT nhận được tần số nhỏ hơn tần số nguồn phát Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 2. NA đứng yên, MT chuyển động 0';0  uu f v 'uv 'f   Tần số MT nhận được u’ > 0 u’ < 0 f'f  f'f  TH hợp với nhau một gócRu  ,' 1 f)cos v 'u 1('f 1 1 A R B Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 3. MT đứng yên, NA chuyển động 0;0'  uu f uv v 'f   Tần số MT nhận được u > 0 u < 0 f'f  f'f  TH hợp với nhau một gócR,u  2 2cos v u 1 f 'f   2 A BR Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 4. NA chuyển động với vận tốc siêu thanh u: Vận tốc siêu thanh (u > v) Âm không truyền về phía trước Sóng xung kích vt O I v  ut x Mặt nón Mach Các vật sẽ rung động mạnh khi có sóng xung kích truyền qua Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Sonic Boom (Shock Waves) If a source of sound moves faster than the speed of sound a shock wave occurs. (sonic boom) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. II. HIỆU ỨNG DOPPLER ĐỐI VỚI SÓNG ĐIỆN TỪ HQC K (Oxyz) gắn với máy thu T HQC K’ (O’x’y’z’) gắn với nguồn phát N O’x’//Ox; O’y’//Oy; O’z’//Oz )0('  tOO O  N y y’ x’ x T Máy thu T nằm trong mp Oxy, góc giữa và đo trong hệ K là   Theo nguyên lí tương đối: Các hiện tượng vlí xảy ra giống nhau hòan tòan tron mọi hqc quán tính (các đk như nhau) Vận tốc của ánh sáng (sóng đtừ)trong chân không là không đổi trong mọi hqc quán tính  Phương trình của mọi hiện tượng vật lí đều bất biếnđối với phép biến đổi Lorentz Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1. Vận dụng thuyết tương đối Anhxtanh PT sóng cầu trong HQC K’ của nguồn phát N  )''sin'y'k'cos'x'k't'(iexp)'r(A'S  :độ dài của vectơ sóng c k   PT sóng cầu trong HQC K của máy thu T  )sinkycoskxt(iexp)r(AS   Phép biến đổi Lorentz : số sóng (độ dài của vectơ sóng) ’ góc hợp bởi c ' 'k   NT & 'u  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 1.Vận dụng thuyết tương đối Anhxtanh (tt) Thực hiện phép biến đổi Lorentz đối với (2) thì nó phải dẫn đến pt (1)                        ' sin'sin' )(cos 1 'cos' (*)cos1 1 ' 2 2 kk c uk k c u Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 2. Biến đổi tần số  Từ công thức (*) suy ra: )cos c u 1( 1' 2    Hay (a) )cos c u 1( 1'f f 2     Nếu u<< c chỉ tính gần đúng bậc nhất (bỏ qua2 ) (a) giống như công thức sóng âm học . )cos c u 1( 'f f    Công thức (a) ứng nguồn phát sóng chuyển động với vận tốc hợp với phương quan sát 1 góc . u  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 3. Hiệu ứng Doppler ngang Nguồn âm vuông góc với phương quan sát 'f1'ff 2  • T’=T0: chu kỳ dđ của điện từ trong HQC K’ • T: chu kỳ dđ của điện từ trong HQC K 2     Đối với sóng âm: cos  = 0  f = f’  Đối với sóng điện từ  Sóng điện từ có hiệu ứng Doppler ngang Sự trôi chậm của thời gian Hiệu ứng Doppler ngang (tỉ lệ u2/c2 ) yếu hơn hiệu ứngDoppler dọc (tỉ lệ với u/c) một cách đáng kể 2 0 2 0 1ff hay 1 T T    Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.  Ultrasonic waves reflected from red blood cells can be used to determine the velocity of blood flow.  Reflection of ultrasonic waves can also be used to detect the movement of the chest of a young fetus and to monitor its heartbeat. Applications of Doppler Effect (Medicine) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Applications of Doppler Effect (Radar Speed Trap) Police can check the speed of a vehicle with a radar gun. The radar gun sends microwaves towards the vehicle. The waves reflected back to the gun have a higher frequency because of the Doppler effect. The microwave receiver in the radar gun detects the difference in frequency f between the emitted signal and the received signal. The speed of the car is calculated from this, and displayed automatically on a screen. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Doppler Flow Meter A Doppler flow meter measures the speed of red blood cells. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. The Doppler Effect 1. Light emitted from an object moving towards you will have its wavelength shortened. 2. Light emitted from an object moving away from you will have its wavelength lengthened. 3. Light emitted from an object moving perpendicular to your line-of-sight will not change its wavelength. BLUESHIFT REDSHIFT Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. BÀI TẬP Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. XIN CHÂN THÀNH CÁM ƠN QUÍ THẦY CÔ !!! Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.