Deskripsi Efek Doppler, Rumus, Kasus, Contoh

Dia efek Doppler Ini adalah fenomena fisik yang terjadi ketika penerima dan sumber gelombang memiliki gerakan relatif, menyebabkan perubahan frekuensi penerima sehubungan dengan frekuensi sumber.

Namanya adalah karena fisikawan Austria Christian Doppler (1803-1853), yang menggambarkan dan menjelaskan fenomena ini pada tahun 1842, sambil menyajikan sebuah karya tentang warna bintang ganda, dalam kongres ilmu alam di Praha, Republik Ceko saat ini Ceko saat ini,.

Ilustrasi efek doppler

[TOC]

Di mana efek doppler disajikan?

Gambar tersebut menggambarkan sumber gelombang yang bergerak dari kiri ke kanan. Seorang pengamat di depan sumber merasakan panjang gelombang pendek dan sebaliknya untuk pengamat di belakang. Sumber: Wikimedia Commons.

Efek Doppler disajikan dalam semua jenis gelombang, dari bercahaya ke suara, asalkan sumber dan penerima saling bergerak. Dan jauh lebih menonjol ketika kecepatan relatif antara sumber dan penerima sebanding dengan kecepatan propagasi gelombang.

Misalkan gelombang harmonik, yang merupakan osilasi yang berkembang di luar angkasa. Osilasi diulangi pada interval waktu reguler, kali ini syarat dan kebalikannya frekuensi, Itulah jumlah osilasi per unit waktu. 

Ketika jarak antara sumber gelombang harmonik dan penerima tetap tetap, penerima merasakan frekuensi sumber yang sama, yaitu, mencatat jumlah pulsa yang sama per unit waktu dengan sumber. 

Namun, ketika penerima mendekati sumber dengan kecepatan tetap, maka pulsa datang lebih sering. Dan sebaliknya terjadi ketika penerima bergerak menjauh dari kecepatan tetap dari sumber: pulsa gelombang dirasakan dengan frekuensi yang lebih rendah.

Deskripsi Efek Doppler

Untuk memahami mengapa fenomena ini terjadi, kami akan menggunakan analogi: dua orang bermain bola. Pitcher membuat mereka berguling dalam garis lurus di tanah menuju mitra, yang mengambilnya.

Jika orang yang diluncurkan mengirim bola setiap detik, orang yang mengumpulkannya, jika tetap diperbaiki, akan menangkap bola setiap detik. Semua baik sejauh ini, karena itu diharapkan.

Gerakan Recepor

Sekarang anggaplah orang yang menangkap bola ada di skateboard dan memutuskan untuk mendekati pitcher dengan kecepatan konstan. Dalam hal ini, karena Anda akan bertemu dengan bola, Anda akan memiliki kurang dari satu detik antara satu bola dan berikut ini.

Oleh karena itu, penerima tampaknya lebih dari satu bola per detik, yaitu, frekuensi yang mereka mencapai tangannya meningkat. 

Ini dapat melayani Anda: Fisika selama orang -orang Yunani (Antige Yunani)

Yang sebaliknya akan terjadi jika orang penerima memutuskan untuk menjauh dari penerbit, yaitu, waktu kedatangan bola akan meningkat dengan penurunan frekuensi akibatnya bola tiba.

Rumus

Perubahan frekuensi yang dijelaskan pada bagian sebelumnya dapat diperoleh dari formula berikut:

Di Sini:

-F_{salah satu} Itu adalah frekuensi sumber.
-F adalah frekuensi yang jelas di penerima.
-V adalah kecepatan (v> 0) propagasi gelombang di tengah.
-v_R adalah kecepatan penerima sehubungan dengan lingkungan dan
-v_S adalah kecepatan sumber yang terkait dengan medium.

Perhatikan bahwa v_R Itu positif jika penerima mendekati sumber dan negatif. Di sisi lain, v_S Itu positif jika sumbernya menjauh dari penerima dan negatif saat mendekati.

Singkatnya, jika sumber dan pendekatan pengamat, frekuensinya meningkat dan jika mereka pindah berkurang. Yang sebaliknya terjadi dengan panjang gelombang yang jelas di penerima (lihat Latihan 1).

Kasus di mana efek doppler ada

Kecepatan dan penerima sumber jauh lebih rendah dari gelombang

Sering terjadi bahwa kecepatan gelombang jauh lebih besar daripada kecepatan sumber atau kecepatan pergerakan penerima bergerak.

Dalam hal ini, rumus dapat diperkirakan sedemikian rupa sehingga ditulis berdasarkan kecepatan relatif penerima (pengamat) sehubungan dengan sumber (s).

Dalam hal ini formulanya akan seperti ini:

F = [1 + (vrs/v)] ⋅f_{salah satu}

Dimana v_Rs = v_R - v_S.

Saat v_Rs Itu positif (mereka pendekatan), frekuensinya lebih besar dari f_{salah satu}, sementara saat negatif (mereka pindah), f kurang dari f_{salah satu}.

Sudut pembentukan kecepatan relatif dengan posisi relatif

Formula sebelumnya hanya berlaku untuk kasus bahwa sumber mendekati (atau pindah) langsung dari pengamat.

Jika sumbernya bergerak mengikuti jalur transversal, itu perlu.

Dalam hal ini kita harus mendaftar:

F = [1 + (v_Rs ⋅ cos (θ) / v)] ⋅ f_{salah satu}

Sekali lagi, a_Rs Tanda positif ditugaskan jika penerima dan sumber semakin dekat, dan negatif jika terjadi sebaliknya.

Contoh efek doppler

Contoh harian adalah sirene ambulans atau patroli. Saat mendekati kami lebih akut dan ketika bergerak itu lebih serius, terutama perbedaannya terdengar pada saat pendekatan maksimum.

Itu dapat melayani Anda: lintasan fisik: karakteristik, jenis, contoh dan latihan

Situasi lain yang dijelaskan oleh efek doppler adalah pergeseran garis spektral bintang ke arah biru atau merah, jika mereka mendekati kita atau jika mereka pindah. Ini tidak dapat diperhatikan dengan mata telanjang, tetapi dengan instrumen yang disebut spektrometer.

Aplikasi

Efek Doppler memiliki banyak aplikasi praktis, beberapa tercantum di bawah ini:

Radar

Radar mengukur jarak dan kecepatan di mana objek yang terdeteksi olehnya bergerak dan didasarkan pada efek doppler.

Radar memancarkan gelombang ke arah objek yang ingin Anda deteksi, lalu gelombang itu dipantulkan kembali. Waktu yang dibutuhkan untuk pulsa untuk pergi dan kembali melayani untuk menentukan jarak objeknya. Dan perubahan frekuensi dalam sinyal yang dipantulkan memungkinkan untuk mengetahui apakah objek yang dimaksud bergerak atau mendekati saat radar dan seberapa cepat.

Karena gelombang radar berjalan dan kembali, ada efek doppler ganda. Dalam hal ini, rumus yang memungkinkan untuk menentukan kecepatan objek sehubungan dengan radar adalah:

V_atau = ½ C ⋅ (ΔF / f_{salah satu})

Di mana:
-V_atau Itu adalah kecepatan objek sehubungan dengan radar.
-C Kecepatan gelombang yang dipancarkan dan kemudian tercermin.
-F_{salah satu} Frekuensi emisi radar.
-Δf pergeseran frekuensi, yaitu f - f_{salah satu}.

Astronomi

Berkat efek Doppler, telah ditentukan bahwa alam semesta berkembang, karena spektrum cahaya yang dipancarkan oleh galaksi yang jauh dipindahkan ke arah merah (penurunan frekuensi).

Di sisi lain, juga diketahui bahwa kecepatan keberangkatan tumbuh sejauh galaksi yang diamati lebih jauh.

Kalau tidak, itu terjadi dengan beberapa galaksi kelompok lokal, yaitu, tetangga dari Bima Sakti kita.

Misalnya, tetangga terdekat kami, Galaksi Andromeda memiliki kenaikan biru (yaitu, peningkatan frekuensi) yang menunjukkan bahwa kami mendekati kami.

USG DOPPLER

USG Doppler dari arteri karotis. Sumber: Wikimedia Commons.

Ini adalah varian dari ekosonogram tradisional, di mana mengambil keuntungan dari efek doppler kecepatan aliran darah dalam vena dan arteri diukur.

Latihan

Latihan 1 

Sirene ambulans memiliki frekuensi adalah 300 Hz. Mengetahui bahwa kecepatan suara di udara adalah 340 m/s, tentukan panjang gelombang suara dalam kasus berikut:

Itu dapat melayani Anda: Kurva Kalibrasi: Untuk apa itu, bagaimana melakukannya, contoh

a) Saat ambulans sedang istirahat.

b) Jika Anda mendekati 108 km/jam 

c) dengan pindah dengan kecepatan yang sama.

Solusi untuk

Tidak ada efek doppler karena penerbit dan sumbernya sedang istirahat.

Untuk menentukan panjang gelombang suara, hubungan antara frekuensi ujung F, panjang gelombang λ dari sumber dan kecepatan suara V:

v = f_{salah satu}⋅λ.

Dari sana, ia mengikuti itu:

λ = v / f_{salah satu}.

Oleh karena itu panjang gelombangnya adalah:

λ = (340 m/s)/(300 1/s) = 1,13 m.

Solusi b

Penerima dianggap istirahat, yaitu V_R = 0. Emitter adalah sirene yang bergerak dengan kecepatan ambulans:

v_S = (108/3,6) m/s = 30 m/s.

Frekuensi yang jelas F diberikan oleh hubungan:

f = f_{salah satu}⋅ [(V + V_R)/(V + v_S)]

Menerapkan formula ini diperoleh:

F = 300 Hz ⋅ [(340 + 0)/(340 - 30)] = 329 Hz.

Panjang gelombang pada penerima adalah:

λ_R= v / f = (340 m / s) / (329 1 / s) = 1,03 m.

Solusi c

Itu dipecahkan dengan cara yang sama:

F = 300 Hz ⋅ (340 + 0)/(340 + 30) = 276 Hz.

Panjang gelombang pada penerima adalah:

λ_R = v / f = (340 m / s) / (276 1 / s) = 1,23 m.

Disimpulkan bahwa bagian depan gelombang memiliki pemisahan 1,03 m ketika sirene mendekat dan 1,23 m saat bergerak menjauh.

Latihan 2

Garis karakteristik dari spektrum emisi hidrogen adalah 656 nm, tetapi ketika mengamati galaksi itu terlihat bahwa garis yang sama dipindahkan dan tanda 660 nm, yaitu, ia memiliki pergeseran merah 4 nm.

Karena ada peningkatan panjang gelombang, kita tahu bahwa galaksi menjauh. Berapa kecepatan Anda? 

Larutan

Kehilangan antara perpindahan panjang gelombang dan panjang gelombang istirahat sama dengan hasil bagi antara kecepatan galaksi dan kecepatan cahaya (300.000 km/s). Jadi:

4/656 = 0.006

Oleh karena itu galaksi bergerak di 0.006 kali kecepatan cahaya, yaitu 1800 km/s.

Referensi

1. Alonso - Finn. Fisika Vol.2. 1970. Dana Pendidikan Inter -American, s.KE. 
2. Baranek, l. 1969. Akustik. 2nd. Edisi. Bukit McGraw.
3. Griffiths g. Gelombang linier dan nonlinier. Pulih dari: beasiswa.org.
4. Whitham g.B. 1999. Gelombang linier dan nonlinier. Wiley. 
5. Wikiwaves. Gelombang nonlinier. Pulih dari: gelombang wiki.org
6. Wikipedia. efek Doppler. Pulih dari: is.Wikipedia.com