Манометр – виды, принцип действия и характеристики

Манометр — прибор для измерения давления

Очень часто в жизни, а особенно на производстве, приходится сталкиваться с таким прибором измерения, как манометр.

Манометр — это прибор для измерения избыточного давления. Из-за того, что эта величина может быть различной, приборы тоже имеют разновидности. Областей применения этих приборов очень много. Применяться они могут в металлургической промышленности, в любом механическом транспорте, жилищном и коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве, автомобилестроении и прочих отраслях.

• Виды и конструкция прибора
• Разновидности систем для измерения давления
  • Жидкостные системы измерения
  • Электроконтактные приборы
  • Образцовые измерители
  • Специальные устройства
  • Самопишущие приборы
  • Судовые и железнодорожные
• Виды измерительных приборов
• Манометр ионизационный

Виды и конструкция прибора

В зависимости от того, для каких целей приборы используются, они подразделяются на различные типы. Самыми распространёнными являются манометры пружинные. Они имеют свои преимущества:

• Измерение величины в широком диапазоне.
• Хорошие технические характеристики.
• Надёжность.
• Простота устройства.

В пружинном манометре чувствительным элементом является полая внутри изогнутая трубка. Она может иметь сечение в виде овала или эллипсоида. Эта трубка деформируется под воздействием давления. Она запаяна с одной стороны, а с другой находится штуцер, при помощи которого измеряют величину в среде. Конец трубки, который запаян, соединяется с передаточным механизмом.

Конструкция прибора такова:

• Корпус.
• Стрелки прибора.
• Шестерёнки.
• Ось.
• Поводок.
• Зубчатый сектор.

Между зубьями сектора и шестерёнки устанавливается специальная пружина, которая необходима для того, чтобы исключить мёртвый ход.

Измерительная шкала представлена в Барах или Паскалях. Стрелка показывает избыточное давление той среды, в которой проводится замер.

Принцип действия очень прост. Давление от измеряемой среды поступает внутрь трубки. Под его воздействием трубка пытается выровняться, так как площадь внешней и внутренней поверхностей имеет разную величину. Свободный конец трубки совершает движение, при этом стрелка поворачивается на определённый угол благодаря передаточному механизму. Измеряемая величина и деформация трубки находятся в прямолинейной зависимости. Именно поэтому значение, которое показывает стрелка, и является давлением определённой среды.

Разновидности систем для измерения давления

Есть много разных манометров для измерения низкого и высокого давления. Но технические характеристики у них разные. Основным отличительным параметром является класс точности. Манометр будет показывать точнее, если значение будет меньше. Самые точные — цифровые устройства.

По своему назначению манометры бывают следующих видов:

• Самопишущие. В них находится механизм, который на бумаге позволяет чертить график работы устройства.
• Железнодорожные. Применяются в железнодорожном транспорте.
• Судовые. Используются на морском и речном судне.
• Эталонные. У них высокий класс точности. Именно поэтому их применяют для испытаний, регулировки и проверки прочих измерительных приборов давления.
• Специальные. Используются для измерения величины разнообразных газов. В зависимости от того, для какого газа они предназначаются, имеют разные цвета корпуса и маркировочные буквы: для измерения горючих газов — красные, для негорючих — чёрные, жёлтые аммиачные (А), белые ацетиленовые (Ац), голубые кислородные (К).
• Электроконтактные. В них имеется электросигнализация, которая позволяет регулировать измеряемую среду. Эти приборы подразделяются на два типа: на основе электроконтактной приставки и с микровыключателями.
• Общетехнические. Предназначены для измерения давления в различных средах. Ими можно мерить избыточные и вакуумметрические давления.

По принципу работы выделяют такие типы:

• Пьезоэлектрические. Основываются на пьезоэффекте. В кристалле кварца появляется заряд при механическом воздействии.
• Деформационные. Основываются на деформации чувствительного элемента (мембраны, сильфона, пружины и прочих), который при деформации действует на стрелку.
• Жидкостные. Их основой является трубка, заполненная жидкостью. Они могут быть двух видов: с одной или двумя трубками. Приборы с двумя трубками используются для того, чтобы в разных средах сравнивать давление.
• Поршневые. Они состоят из цилиндра, внутрь которого вставлен поршень.

Жидкостные системы измерения

Величина в этих манометрах измеряется при помощи уравновешивания веса жидкостного столба. Мерой давления является уровень жидкости в сообщающихся сосудах. Этими приборами можно измерять величину в пределах 10−105 Па. Они нашли своё применение в лабораторных условиях.

По сути, это U-образная трубка, где находится жидкость с большим удельным весом в сравнении с той жидкостью, в которой непосредственно измеряется гидростатическое давление. Такой жидкостью чаще всего является ртуть.

К этой категории можно отнести рабочие и общетехнические приборы типа ТВ-510, ТМ-510. Эта категория наиболее востребована. С их помощью измеряют давление неагрессивных и некристаллизующихся газов и паров. Класс точности этих приборов: 1, 1.5, 2.5. Они нашли своё применение в производственных процессах, при транспортировке жидкостей, в системах водоснабжения и на котельных.

Электроконтактные приборы

В эту категорию можно отнести мановакуумметры и вакуумметры. Предназначаются они для измерения величины газов и жидкости, которые по отношению к латуни и стали являются нейтральными. Конструкция в них такая же, как и у пружинных. Отличие лишь в больших геометрических размерах. Из-за устройства контактных групп корпус электроконтактного прибора большой. Этот прибор на давление в контролируемой среде может воздействовать благодаря размыканию/замыканию контактов.

Благодаря используемому электроконтактному механизму этот прибор можно использовать в системе аварийной сигнализации.

Образцовые измерители

Предназначается это устройство для проверки манометров, которые измеряют величину в лабораторных условиях. Основным их назначением является проверка исправности данных рабочих манометров. Отличительной чертой служит очень высокий класс точности. Он достигается благодаря конструктивным особенностям и зубчатому зацеплению в передаточном механизме.

Специальные устройства

Эти приборы применяются в различных промышленных отраслях для измерения давления таких газов, как ацетилен, кислород, водород, аммиак и прочие. В основном измерять давление специальным манометром можно только у одного типа газа. На каждом приборе указывается тот газ, для которого он предназначается. Прибор также окрашен в цвет газа, для которого его можно использовать. Пишется и начальная буква газа.

Есть ещё и виброустойчивые специальные манометры, которые способны работать при сильных вибрациях и большом пульсирующем давлении окружающей среды. Если применять обычный манометр в подобных условиях, то он быстро сломается, так как из строя выйдет передаточный механизм. Главным критерием таких приборов является коррозионно-стойкая сталь корпуса и герметичность.

Аммиачные системы должны быть коррозионно-стойкими. В изготовлении измерительного механизма ацетиленовых не допускают сплавов меди. Связано это с тем, что при контакте с ацетиленом есть риск образования ацетиленистой взрывоопасной меди. Кислородные механизмы должны быть обезжиренными. Это связано с тем, что в некоторых случаях даже незначительный контакт чистого кислорода и загрязнённого механизма может вызвать взрыв.

Самопишущие приборы

Отличительной чертой таких приспособлений является то, что они способны на диаграмме записывать измеряемое давление, которое позволит увидеть изменения в определённое время. Своё применение они нашли в промышленности с неагрессивными средствами и энергетике.

Судовые и железнодорожные

Судовые манометры предназначены для того, чтобы измерить вакуумметрическое давление жидкостей (воды, дизельного топлива, масла), пара и газа. Их отличительными чертами является высокая влагозащита, устойчивость к вибрациям и климатическим воздействиям. Применяются в речном и морском транспорте.

Железнодорожные, в отличие от обычных манометров, давление не показывают, а преобразовывают в сигнал прочего типа (пневматический, цифровой и прочие). Для этих целей используются разные методы.

Активно такие преобразователи применяются в системах автоматики, управления технологическими процессами. Но несмотря на своё назначение, их активно используют в отраслях атомной энергетики, химической и нефтедобычи.

Виды измерительных приборов

Приборы для измерения давления подразделяются на такие разновидности:

• Тягонапоромеры — это мановакуумметр, который имеет крайние пределы измерения не выше 40 кПа.
• Тягомеры — вакуумметр, который имеет предел измерения равный (-40) кПа.
• Напорометр — это манометр малого избыточного давления (+40) кПа.
• Мановакуумметры — это устройства, которые способны измерять как вакуумметрическое, так и избыточное давление в пределах 60−240000 кПа.
• Вакуумметр — устройство, измеряющее разрежение (давление, которое ниже атмосферного).
• Манометр — устройство, которое способно измерять избыточное давление, то есть разность между абсолютным давлением и барометрическим. Его пределы колеблются от 0,06 до 1000 МПа.

Большинство импортных и отечественных манометров изготавливаются по всем общепринятым стандартам. Именно по этой причине существует возможность замены одной марки на другую.

При выборе прибора необходимо опираться на такие показатели:

• Расположение штуцера — осевое или радиальное.
• Диаметр резьбы штуцера.
• Класс точности прибора.
• Диаметр корпуса.
• Предел измеряемых значений.

Манометр ионизационный

Манометры ионизационные являются самыми чувствительными приборами измерения для очень маленького давления. Они производят замеры косвенно через измерение тех ионов, которые образуются при бомбардировке газов электронами. Чем меньше плотность газа, тем меньше будет образовано ионов. Калибрование ионизационного манометра нестабильно. Оно зависит от природы газа, который измеряется. А эта природа известна не всегда. Могут быть они откалибрированы через сравнение со значениями манометра Мак Леода, которые от химии независимы и более стабильны.

Термоэлектроды с атомами газа ударяются и регенерируют ионы. Они притягиваются к электроду под напряжением, которое для них подходит (это подходящее напряжение называется коллектором). В коллекторе ток пропорционален скорости ионизации, которая в системе является функцией давления. Именно так при помощи измерений тока коллектора можно определить газовое давление.

Большинство ионных манометров подразделяются на три вида:

1. Холодный катод.
2. Горячий катод. Электрически нагреваемая нить накала образует электронный луч. В этом случае электроны проходят через прибор и вокруг себя ионизируют молекулы газа. Ионы, которые образовались, скапливаются на электроде с отрицательным зарядом.
3. Прибор с вращающимся ротором. Он отличается высокой ценой и чувствительностью.

Калибрование ионных манометров очень чувствительно к химическому составу измеряемых газов, конструкционной геометрии, поверхностным напылениям и коррозии. Непригодной их калибровка может стать при включении в среде очень низкого или атмосферного давления.

Измерять давление необходимо во многих промышленных отраслях, вот только приборы для этого используют различные. Но независимо от этого данная величина ничем, кроме манометра, не определяется.

1.3. Классификация приборов измерения давления и их основные технические характеристики

Приборы для измерения давления могут классифицироваться по следующим характеристикам:

· виду измеряемого давления;

По виду измеряемого давления приборы подразделяются на следующие:

Согласно ГОСТ 8.271-77 манометр – это измерительный прибор или измерительная установка для измерения давления или разности давлений.

Для измерения абсолютного давления, т.е. которое считывается от абсолютного нуля выпускаются манометры абсолютного давления; избыточного – манометры избыточного давления, и наиболее часто «по умолчанию» эти разновидности приборов называют манометрами.

Большинство выпускаемых манометров применяются для измерения избыточного давления. и х отличительным признаком является показание «нуля» прибора при воздействии на чувствительный элемент атмосферного давления.

Измерение давления разряженного газа производят вакуумметрами. Соответственно вакуумметр – это манометр для измерения давления разряженного газа/10/.

Манометр, имеющий возможность измерять давление разряженного газа и избыточное давление (у прибора единая шкала), называют мановакуумметрами.

Измерение малых значений (до 40 кПа) избыточного давления производится напоромерами, хотя такое название, как и такое подразделение по виду измеряемого давления (для малых значений) за рубежом отсутствует. Тягомеры используются для измерения малого (до –40 кПа) вакуумметрического давления. Приборы, имеющие часть шкалы вакуумметрического, а часть избыточного давления в пределах ±20 кПа, называются тягонапоромерами. Европейские стандарты ( EN 837-1, EN 837-2 и EN 837-3/7,9/) такое разделение производят по виду чувствительного элемента – трубчатый ( Bourdon tube – Rohrfedern ) и мембранный – мембранная коробка – капсула ( Diaphragm – Plattenfeder или Capsule – Kapselfeder ).

Приборы, предназначенные для измерения разности давлений в двух произвольных точках, именуют дифференциальными манометрами (дифманометрами). Причем это название в большей степени применимо для показывающих приборов. Устройства измерения дифференциального давления с унифицированным выходным сигналом называют измерительным преобразователем разности давлений/11/.

Дифманометр, функционально обеспечивающий измерение малых значений разности двух давлений, и имеющий верхний предел измерения не более 40 кПа (4000 кгс/м 2 ) называют микроманометром.

Контроль и измерение атмосферного давления производят барометрами.

В дальнейшем для упрощения изложения материала в непринципиальных моментах манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры объединены под названием манометры или манометрические приборы.

По принципу действия основную группу приборов для измерения давления можно подразделить на следующие:

· электрические и др.

К жидкостному относится манометр, принцип действия которого основан на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений, давлением столба жидкости/10/.

К жидкостным относится U -образный манометр, состоящий из сообщающихся сосудов, в которых измеряемое давление определяют по одному или нескольким уровням жидкости.

В деформационном манометре от измеряемого давления зависит степень деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы.

В состав деформационных входит трубчато-пружинный манометр, в котором чувствительным элементом является трубчатая пружина; сильфонный, функционирующий на основе сильфона, мембранный – на основе мембраны или мембранной коробки.

К деформационным отнесен манометр с вялой мембраной, в котором измеряемое давление воспринимается вялой мембраной и преобразуется в силу, уравновешиваемую дополнительным устройством.

В грузопоршневых приборах, имеющих, в большинстве случаев, в качестве рабочего тела жидкость и зачастую называемых жидкостными, измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым весом поршня с грузоприемным устройством, и грузов с учетом сил жидкостного трения.

Электрические манометры функционируют по принципу зависимости одного из электрических параметров чувствительного элемента первичного преобразователя от давления.

По назначению , установившемуся в среде производственников, манометры подразделяются на следующие:

· общепромышленные, имеющие также название технических или рабочих;

· эталонные, включающие государственный первичный, рабочие и другие эталоны.

Общетехнические манометры предназначены для измерения давления непосредственно в ходе производственных процессов в рабочих точках промышленного оборудования.

Эталонные приборы используют для хранения и передачи размера единиц давления в целях единообразия, достоверности и обеспечения высокой точности его измерений.

В целях упорядочения отечественной метрологической терминологии и приближения ее к международной в нашей стране термин образцовое средство измерений заменен на термин рабочий эталон/6/. Рабочие эталоны подразделяют на разряды (1-й, 2-й, 3-й), как это было принято для образцовых средств (см. гл.7).

В промышленности встречаются контрольные манометры, которые применяются для контроля правильности показаний технических манометров на месте их установки. Термин «контрольные» специфичен для промышленных условий и не имеет места в законодательной метрологии настоящего времени, но широко использовался ранее. Вместо него сейчас используют термин «манометры повышенной точности».

По защищенности от воздействия окружающей среды приборы, согласно ГОСТ 12997-84/12/, подразделяют на следующие исполнения: обыкновенное; защищенное от попадания внутрь изделия твердых тел (пыли), защищенные от попадания внутрь изделия воды; защищенные от агрессивной среды; взрывозащищенные, защищенные от других внешних воздействий. Несколько видов защиты может сочетаться в одном изделии.

Изготавливаемые приборы должны быть устойчивыми и (или) прочными к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха в диапазонах параметров, указанных в табл.1.2.

Группы исполнений технических изделий по устойчивости к температуре и влажности /12/

Диапазон температуры окружающего воздуха, о С

Эффект Доплера – что это такое? Определение эффекта, примеры и формула расчета

Вы наверняка замечали, что звук гудка проезжающего мимо вас автомобиля или поезда меняется, в зависимости от того, приближаются они к вам или отдаляются от вас. Это нетрудно заметить, но труднее понять и объяснить, что и смог сделать в 1842 году австрийский математик и физик Кристиан Доплер. Именно это объяснение сделало его всемирно известным учёным, а его открытию суждено было изменить не только физику, но и астрономию, космологию, медицину, да и повседневную жизнь тоже.

1. Определение эффекта Доплера

Что же происходит и в чём причина этого эффекта?

Нам хорошо известно, что звук — это механические упругие волны. Основными характеристиками любой волны являются:

• длина волны;
• период колебаний в волне;
• частота колебаний в волне;
• амплитуда;
• скорость волны.

Мы будем говорить сейчас о трёх из них — длине волны, скорости волны и частоте колебаний, которые связаны друг с другом формулой где λ — длина волны, v — скорость волны, а ν — частота колебаний. Если, к примеру, находящийся в воде поплавок начнёт совершать вертикальные колебания, то по воде начнут расходиться круги, расстояние между которыми и будет равно длине волны. Поплавок, в данном случае, представляет собой неподвижный источник волн, то есть, совершая колебания, он, тем не менее, остаётся на том же месте по отношению к неподвижному относительно Земли наблюдателю. Но совсем иначе будет выглядеть волновая картина, если источник волн будет либо приближаться, либо удаляться от наблюдателя.

Проводя наблюдения за волнами на воде, Доплер заметил, что когда источник волн приближается к наблюдателю, то длина волны становится немного меньше, а следовательно, частота становится немного больше, то есть количество гребней перед движущимся источником волн больше, чем позади него. Именно поэтому звук приближающегося автомобиля или поезда будет более высоким. С другой стороны, когда источник волн удаляется от наблюдателя, то длина волны становится немного больше, а следовательно, частота становится немного меньше, то есть количество гребней волны позади движущегося источника меньше, чем впереди него. Именно поэтому звук удаляющегося от нас автомобиля или поезда будет более низким. В этом и состоит суть эффекта Доплера — изменение длины волны или её частоты при движении источника волны к наблюдателю или от него. И это изменение можно довольно легко подсчитать, зная скорость движения источника волн и их длину или частоту в случае, если источник неподвижен относительно наблюдателя.

2. Эксперименты

Чтобы увидеть эффект Доплера своими глазами или услышать своими ушами вовсе не нужны специальные лаборатории или сложные установки. Вот описание двух простых экспериментов, в ходе которых можно его наблюдать.

Возьмите свисток и прикрепите к нему длинную гибкую трубку так, чтобы можно было свистеть в свисток при помощи этой трубки. Если держать трубку и свисток неподвижно и дуть в трубку, то будет слышаться ровный свист, а если раскрутить трубку со свистком, не прекращая дуть в неё, то можно будет услышать как меняется звук свистка при приближении к вам и отдалении от вас. Это и будет наглядным подтверждением эффекта Доплера.

Второй эксперимент осуществить сложнее, но именно его осуществил в 1845 году голландский метеоролог и химик Христофор Бёйс-Баллот. Суть эксперимента сводилась к тому, что в поезде размещались музыканты-трубачи, которые должны были играть одну и ту же ноту, а на станции, мимо которой проезжал этот поезд, другая группа музыкантов должна была внимательно слушать как меняется тон этого звука при приближении и удалении поезда. Музыканты — люди с очень хорошим слухом, и им как никому другому проще всего определить это изменение, что они успешно и выполнили, подтвердив экспериментально открытый Доплером эффект.

Но самый простой способ убедиться в существовании этого эффекта — прислушаться к сирене машины скорой помощи в момент, когда она приближается к вам и в момент, когда она, проехав мимо вас, удаляется. Звук сирены будет отличаться, хотя никаких изменений в работе сирены на самом деле не происходит. Это и есть эффект Доплера для звуковых волн.

3. Формула и применение

Как уже было сказано, зная скорость источника волн по отношению к неподвижному наблюдателю можно определить регистрируемую приёмником частоту волны. Формулу, позволяющую это сделать, нетрудно вывести, зная, что (здесь v — скорость волн в данной среде, ν₀ — частота испускаемых источником волн), и, если источник приближается к неподвижному наблюдателю со скоростью u относительно среды, то и тогда частота, которую будет регистрировать неподвижный приёмник, будет равна:

Если же сам приёмник движется относительно среды со скоростью u₁, то частота регистрируемых им волн будет равна:

Если же и источник, и приёмник движутся относительно друг друга, то:

Эффект Доплера, как вы, наверное, уже догадались, возникает не только при распространении звуковых волн, но и вообще любых волн, в том числе и электромагнитных, одним из видов которых является видимый свет. Если бы наш глаз был сверхчувствителен, то мы могли бы заметить, что как и в случае со звуком, если источник света приближается к наблюдателю, то длина волны становится меньше, а частота больше, и наоборот, если источник света удаляется от наблюдателя, то длина волны увеличивается, а частота уменьшается. То есть свет зелёной лазерной указки при стремительном её приближении к нам наблюдался бы как слегка голубоватый, а при удалении от нас был бы более жёлтым. Но наш глаз различить этого не может, зато точные приборы могут и этот эффект позволил учёным сделать одно очень важное наблюдение — спектры наблюдаемых нами звёзд немного сдвинуты по частоте в меньшую сторону, что называется «красным смещением» и является доказательством того, что галактики удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется. Это, пожалуй, самое важное применение эффекта Доплера в фундаментальной науке. Но эффект Доплера и связанные с ним формулы нашли очень широкое применение не только в астрономии. Прежде всего, стоит сказать о медицине. В ультразвуковой диагностике эффект Доплера применяется для исследования внутренних органов человека. А также, именно эффект Доплера лежит в основе действия полицейских радаров, определяющих скорость автомобиля, и камер, следящих за скоростным режимом на дорогах. Эффект Доплера применяется в метеорологии, воздушной навигации, при расчётах траекторий спутников, системах навигации.

Эффект Доплера для чайников: суть явления, применение, формула

• 12 января 2021 г.
• 9 минут
• 91 842
• 2

Эффект Доплера – важнейшее явление в физике волн. Прежде чем перейти напрямую к сути вопроса, немного вводной теории.

Колебание – в той или иной степени повторяющийся процесс изменения состояния системы около положения равновесия. Волна — это колебание, которое способно удаляться от места своего возникновения, распространяясь в среде. Волны характеризуются амплитудой, длиной и частотой. Звук, который мы слышим — это волна, т.е. механические колебания частиц воздуха, распространяющиеся от источника звука.

Вооружившись сведениями о волнах, перейдем к эффекту Доплера. А если хотите узнать больше о колебаниях, волнах и резонансе — добро пожаловать в отдельную статью нашего блога.

Суть эффекта Доплера

Самый популярный и простой пример, объясняющий суть эффекта Доплера – неподвижный наблюдатель и машина с сиреной. Допустим, вы стоите на остановке. К вам по улице движется карета скорой помощи со включенной сиреной. Частота звука, которую вы будете слышать по мере приближения машины, не одинакова.

Сначала звук будет более высокой частоты, когда машина поравняется с остановкой. Вы услышите истинную частоту звука сирены, а по мере удаления частота звука будет понижаться. Это и есть эффект Доплера.

Эффект Доплера

Частота и длина волны излучения, воспринимаемого наблюдателем, изменяется вследствие движения источника излучения.

Если у Кэпа спросят, кто открыл эффект Доплера, он не задумываясь ответит, что это сделал Доплер. И будет прав. Данное явление, теоретически обоснованное в 1842 году австрийским физиком Кристианом Доплером, было впоследствии названо его именем. Сам Доплер вывел свою теорию, наблюдая за кругами на воде и предположив, что наблюдения можно обобщить для всех волн. Экспериментально подтвердить эффект Доплера для звука и света удалось позднее.

Выше мы рассмотрели пример Эффект Доплера для звуковых волн. Однако эффект Доплера справедлив не только для звука. Различают:

• Акустический эффект Доплера;
• Оптический эффект Доплера;
• Эффект Доплера для электромагнитных волн;
• Релятивистский эффект Доплера.

Именно эксперименты со звуковыми волнами помогли дать первое экспериментальное подтверждение этому эффекту.

Экспериментальное подтверждение эффекта Доплера

Подтверждением правильности рассуждений Кристиана Доплера связано с одним из интересных и необычных физических экспериментов. В 1845 году метеоролог из Голландии Христиан Баллот взял мощный локомотив и оркестр, состоящий из музыкантов с абсолютным слухом. Часть музыкантов – это были трубачи – ехали на открытой площадке поезда и постоянно тянули одну и ту же ноту. Допустим, это была ля второй октавы.

Другие музыканты находились на станции и слушали, что играют их коллеги. Абсолютный слух всех участников эксперимента сводил вероятность ошибки к минимуму. Эксперимент длился два дня, все устали, было сожжено много угля, но результаты того стоили. Оказалось, что высота звука действительно зависит от относительной скорости источника или наблюдателя (слушателя).

Первые эксперименты по подтверждению эффекта Доплера

Применение эффекта Доплера

Одно из наиболее широко известных применений – определение скорости движения объектов при помощи датчиков скорости. Радиосигналы, посылаемые радаром, отражаются от машин и возвращаются обратно. При этом, смещение частоты, с которой сигналы возвращаются, имеет непосредственную связь со скоростью машины. Сопоставляя скорость и изменение частоты, можно вычислять скорость.

Эффект Доплера широко применяется в медицине. На нем основано действие приборов ультразвуковой диагностики. Существует отдельная методика в УЗИ, называемая доплерографией.

Эффект Доплера также используют в оптике, акустике, радиоэлектронике, астрономии, радиолокации.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Открытие эффекта Доплера сыграло важную роль в ходе становления современной физики. Одно из подтверждений теории Большого взрыва основывается на этом эффекте. Как связаны эффект Доплера и Большой взрыв? Согласно теории Большого взрыва, Вселенная расширяется.

При наблюдении удаленных галактик наблюдается красное смещение – сдвиг спектральных линий в красную сторону спектра. Объясняя красное смещение при помощи эффекта Доплера, можно сделать вывод, согласующийся с теорией: галактики удаляются друг от друга, Вселенная расширяется.

Красное и синее смещение при приближении и отдалении объектов

Формула для эффекта Доплера

Когда теорию эффекта Доплера подвергали критике, одним из аргументов оппонентов ученого был факт, что теория помещалась всего на восьми листах, а вывод формулы эффекта Доплера не содержал громоздких математических выкладок. На наш взгляд, это только плюс!

Пусть u – скорость приемника относительно среды, v – скорость источника волн относительно среды, с – скорость распространения волн в среде, w0 – частота волн источника. Тогда формула эффекта Доплера в самом общем случае будет выглядеть так:

Здесь w – частота, которую будет фиксировать приемник.

Релятивистский эффект Доплера

В отличие от классического эффекта Доплера при распространении электромагнитных волн в вакууме для расчета эффекта Доплера следует применять СТО и учитывать релятивистское замедление времени. Пусть света – с, v – скорость источника относительно приемника, тета – угол между направлением на источник и вектором скорости, связанным с системой отсчета приемника. Тогда формула для релятивистского эффекта Доплера будет иметь вид:

Сегодня мы рассказали о важнейшем эффекте нашего мира – эффекте Доплера. Хотите научиться решать задачи на эффект Доплера быстро и легко? Спросите у специалистов студенческого сервиса, и они охотно поделятся своим опытом! А в конце – еще немного про теорию Большого взрыва и эффект Доплера.

Эффект Доплера — суть, формула и применение явления

Эффект Доплера – явление физики, связанное с изменением основных характеристик волн. К ним относятся длина, обозначающая расстояние между ближайшими точками, и частота, равная числу колебаний за секунду.

Кратко об авторе физического явления

Кристиан Доплер – австрийский физик, астроном и математик. Он занимался исследованиями в области оптики и акустики. Участвовал в создании дальномера, определяющего расстояния до предметов. Прибор ценен в геодезии, используется при фотографировании.

Доплер изучал микроскопы, теорию цветов. Он наблюдал за движением волн на воде и сделал предположение, что подобным закономерностям подчиняются изменения в воздухе. Ученый опирался на теорию, доказывающую, что свет влияет на восприятие цветов.

Свет представляет собой электромагнитную волну, от длины которой зависят видимые человеком тона и оттенки. Это помогло ему сделать открытие о том, что близкое нахождение у источника света приводит к увеличению частоты волны. Соответственно, при отдалении она уменьшается.

Что такое эффект Доплера простыми словами

Эффект Доплера говорит о том, что волновые характеристики изменяются при движении источника их распространения относительно наблюдателя. Или наоборот, когда движется приемник.

Главное, исключить состояние покоя, он действует только в изменяющейся среде.

Любая волна имеет длину или расстояние между гребнями. При приближении к источнику ее распространения требуется меньше времени, чтобы добраться до наблюдателя. Д

ругими словами, длина ее уменьшается или за секунду пройдет больше пиков. Именно из-за этого увеличивается частота. Она определяется по простой формуле, представляющей собой отношение скорости волны к ее длине.

Если переложить теорию на звук, то удаление от места его распространения приводит к уменьшению его силы, он становится более тихим. Приближение же вызывает увеличение громкости, что также связано с изменением частоты звуковой волны.

Австрийский ученый связал акустические и оптические явления. Природа волн не меняется. Это утверждение привело к более широкому применению открытого метода.

Эффект Доплера можно объяснить и электромагнитными волнами, разные длины которых заставляют видеть отличные друг от друга цвета:

при приближении к источнику спектр смещается к фиолетовому оттенку, который вызывают короткие волны;

при нахождении на дальнем расстоянии отчетливо виден красный цвет, отличающийся большей длиной волны.

Можно рассмотреть как пример движение машины с включенным проблесковым маячком. Обычно изменение его цвета не заметно. Хотя автомобиль сначала приближается, а затем удаляется. Но если бы он двигался со скоростью, приближенной к скорости света, то спектр мигающей лампочки при близком нахождении к наблюдателю сместился бы в синюю сторону, а при удалении стал бы красным.

Сейчас существует обратный эффект Доплера, работающий на основе искусственно созданного материала. Это кристалл, обладающий отрицательным коэффициентом преломления и выполняющий роль призмы. Когда свет проходит через него, при уменьшении расстояния он смещается к красному спектру, при отдалении – приближается к синему.

Применение эффекта Доплера

Именно благодаря эффекту Доплера удалось сделать открытие о том, что вселенная расширяется. Это также объясняют разные оттенки, воспринимаемые при изменении длины волны.

Спектры галактик характеризуются красным цветом, это свидетельствует об удалении. Подобное открытие привело к закону Хаббла, который установил прямую взаимосвязь между красным смещением галактик и расстоянием до них.

Также открытие Доплера помогло обнаружить ряд планет, находящихся за пределами Солнечной системы.

Доплеровские радары измеряют скорости различных объектов. От них отражаются посланные прибором сигналы и по их частоте можно определить, где расположился предмет. Так определяют скорость автомобилей, кораблей, даже следят за облаками в небе и измеряют силу ветра. Значение открытия для радиолокации переоценить невозможно.

Эффект Доплера помогает зафиксировать движение в помещении или около автомобиля, что активно используется для создания охранных сигнализаций. Изменение частоты волн приводит к запуску приборов, задача которых – громкими звуками оповестить о нежелательном вторжении.

Метод, основанный на открытии Доплера, имеет значение и в медицине. Проводятся важные исследования, основанные на сдвиге частоты волн:

определяется скорость кровотока, оценивается движение сердечных стенок и клапанов, что необходимо для эхокардиограммы;

проводится сканирование сосудов головы, шеи, конечностей, измеряется толщина их стенок, выясняется наличие или отсутствие тромбов;

отслеживается ход беременности.

Эффект Доплера, объясняющий зависимость между характеристикой волн и расстоянием до них, нашел широкое применение в жизни. Он позволяет проводить астрологические исследования, облегчает жизнь, обеспечивая людей охранными приборами, и вносит огромный вклад в диагностическую медицину.

Понять Эйнштейна. Глава 4. Эффект Доплера

Глава 4. Классический эффект Доплера

В большинстве книг, посвященных специальной теории относительности, упоминается эффект Доплера. Без обсуждения эффекта Доплера, в самом деле, трудно обойтись, хотя для вывода основных положений СТО он нам не понадобится. Но с ним обязательно нужно разобраться, чтобы ответить в дальнейшем на очень популярный вопрос: «Как же будет выглядеть мир глазами человека, летящего в нем со скоростью, близкой к скорости света?».
Вообще, при изучении теории относительности, есть два неизбежных вопроса, которые и я себе не раз задавал: первый – это «Как выглядят все физические процессы, происходящие в одной СО, глазами наблюдателя другой СО, движущейся с большой скоростью относительно первой»; а второй, самый любимый, – «Как же, с какой скоростью, черт возьми, процессы происходят НА САМОМ ДЕЛЕ. ».
Ответы на них, как вы, наверно, уже догадываетесь, в релятивистской физике будут не просты. На второй вопрос, заранее признаюсь, вообще будет невозможно ответить однозначно, так как каждый наблюдатель С РАВНЫМ ПРАВОМ будет придерживаться своей шкалы расстояний, своего отсчета времени, и иногда даже разной временной последовательности для причинно-несвязанных событий. Причинно-связанные события, разумеется, сохранят свою последовательность, из какой бы системы отсчёта их ни наблюдали. Но об этом позже.
А сейчас я вас, возможно, удивлю: – Думаете, в классической физике ответ на оба вопроса прост и одинаков? То есть, для быстро движущегося наблюдателя происходящие события будут выглядеть так же, как для неподвижного – а именно так, как они и происходят НА САМОМ ДЕЛЕ? Ошибаетесь, друзья! Тут то впервые и появляется перед нами эффект Доплера. Эффект этот, на первый взгляд, не слишком сложен, и заключается в следующем:

Если имеются некий источник периодически повторяющихся сигналов (звуковых, электромагнитных) и наблюдатель, принимающий эти сигналы, то движение наблюдателя относительно источника приводит к изменению частоты принимаемых сигналов: если источник и наблюдатель сближаются – частота принимаемых сигналов возрастает, если они удаляются друг от друга – частота падает.

Чем ниже скорость распространения сигнала, тем меньшая скорость наблюдателя относительно источника нужна, чтобы заметить эффект Доплера. А потому понятно, что эффект Доплера раньше всего обнаружился для звуковых сигналов. Если быстро приближающийся к вам поезд или автомобиль даст продолжительный гудок, то вначале вы услышите звук высокий и пронзительный, а затем, когда гудящий транспорт поравняется с вами и начнет удаляться, звук резко изменится, станет низким и басовитым. Это и есть звуковой эффект Доплера.
Обычно в качестве периодичного сигнала рассматривают синусоидальную волну определенной частоты. Тогда эффект можно выразить несложными формулами, связывающими частоту или угловую скорость, длину волны, и скорость наблюдателя. Однако это совершенно необязательно. (Вы любите формулы, читатель? Я, если честно, – не очень!) Если уж мы говорим о звуках, то подходящим периодическим сигналом может быть и отрывистый писк таймера, и бой курантов, и барабанная дробь, и кваканье лягушки.

Попробуем привести наглядное объяснение эффекта Доплера без всяких формул. Будем, для примера, слушать бой часов на городской башне с некоторого расстояния (см. первые два рисунка в начале главы). Представьте себе, что только что часы показали 10:00 утра и пробили 10 ударов, а интервал между ударами составляет ровно 1 секунду. Представьте, к тому же, что вы слушаете бой часов на таком расстоянии, что звуку от башни требуется точно 10 секунд, чтобы достичь ваших ушей. Рисунок 1 соответствует в точности тому моменту, когда колокол в часах пробил последний раз, а звук первого удара как раз долетел до стоящего наблюдателя (это вы и есть). Рисунок 2 показывает ситуацию через 5 секунд после последнего удара часов – стоящий наблюдатель успел послушать 5 ударов, и ему предстоит услышать еще пять.
Теперь добавим к нашей картине еще одного наблюдателя. Пусть им будет летчик самолета, который как раз в момент, изображенный на первом рисунке, пролетал точно над вашей головой. А летел он в направлении на башню, и со скоростью очень близкой к скорости звука. Ясно, что первый удар часов он слышал одновременно с вами. А теперь взглянем на рисунок 2, который является ключевым для объяснения. По прошествии 5 секунд летчик пролетит почти половину пути до башни. И, в то время как стоящий наблюдатель будет слышать пятый удар часов, летчик будет слышать уже последний 10-й удар. Причем, совершенно очевидно, что до этого он успел прослушать все предыдущие девять.
Что из этого следует, вы наверно уже догадались сами. Летящий наблюдатель услышал 10 ударов за пять секунд, т.е. часы для него били чаще и отзвонили в два раза быстрее, чем для наземных наблюдателей. Если бы на площади перед башней играл на скрипке музыкант, то летчик слышал бы любую мелодию в два раза быстрее и в другой тональности, на октаву выше.
А вот если бы самолет летел в противоположную сторону, то звук с трудом догонял бы его, и тогда все звуки летчик бы слышал, наоборот, замедленными, с растянутыми промежутками и в пониженной тональности. Как видите, мы незаметно, но совершенно логично, расширили действие эффекта Доплера с регулярно повторяющихся сигналов на все звуки вообще.

Точно такой же эффект, какой возникает для звуковых сигналов, должен возникать и для световых. Световым сигналом, в широком смысле, является любое визуальное изображение, воспринимаемое глазом или прибором, а источником такого сигнала может быть любой освещенный (либо светящийся) объект, в том числе, все те же башенные часы. Я намерен показать, что эффект, который мы наблюдали со звуковым восприятием часов, будет происходить и с визуальным. Но, чтобы заметить его, потребуется много большая скорость движения наблюдателя относительно часов, ибо световой сигнал несравнимо быстрее звука: не 300 м/с, а 300.000 км/с

Для наглядной иллюстрации светового эффекта Доплера давайте нарисуем пару картинок, очень похожую на предыдущую. Мы только изменим масштабы расстояний, для чего поместим неподвижного наблюдателя на другую планету (например, Луну), самолет с летчиком заменим на ракету с космонавтом, летящую почти со скоростью света, а башню и циферблат часов вообразим такими большими, что их можно разглядеть с Луны. Кроме того, мы добавим на часах секундную стрелку, и вместо последовательности из 10 звуковых ударов используем последовательность изображений циферблата часов, отличающихся положением секундной стрелки. Понятно, что, если звон часов распространялся со скоростью звука, то визуальное изображение самих часов будет распространяться со световой скоростью (изображение, конечно, фокусируется уже в нашем глазу, но сути это совершенно не меняет).

Пусть, как и в прошлый раз, часы показывают примерно 10:00 утра. Положение стрелок на циферблате, которое (на рис.3) одновременно наблюдают лунный наблюдатель и космонавт в ракете, пролетающий рядом, говорит о том, что осталось 10 секунд до 10-ти часов – секундная стрелка, показанная красным цветом, смотрит на цифру «10», и ей остается сделать десять скачков до цифры «12», прежде чем часы покажут ровно 10:00.
От момента, изображенного на рис.3, до момента, изображенного на рис.4, с точки зрения лунного наблюдателя, прошло 5 секунд. Поэтому он на втором рисунке видит секундную стрелку, показывающую на цифру 11. А вот космонавт, летящий навстречу часам со скоростью, близкой к световой, успел увидеть за это время 9 скачков секундной стрелки. С его точки зрения, уже в следующее мгновение на часах будет ровно 10:00.
И то, что происходит с циферблатом часов, относится ко всему, что космонавт видит на Земле: для него быстрее происходят все земные события, все передвижения землян кажутся ему ускоренными в два раза. И значит, время на Земле, по наблюдениям космонавта, течет в 2 раза быстрее. Это кажущееся ускорение всех визуально наблюдаемых явлений и представляет собой эффект Доплера для света в классическом понимании.

Все выглядит вполне логично, не правда ли? Тем не менее, я ясно представляю, как читатель, уже знакомый с теорией относительности, в этом месте моего повествования недоуменно пожмет плечами и даже заподозрит меня в жульничестве. И не без оснований: ведь картинки, использованные нами для объяснения эффекта Доплера, нарисованы с точки зрения наблюдателя, неподвижного относительно Земли и часов. Для движущегося же наблюдателя, как нам предстоит убедиться в скором времени, картина происходящего выглядит несколько по-иному. Если для самолета, летящего со скоростью звука, эти изменения крайне незначительны и ими можно с легкостью пренебречь, то для такой быстрой ракеты, как в нашем втором примере, изменения расстояний и времени будут настолько велики, что не заметить их будет уже невозможно. А ведь регистрирует эффект Доплера, по определению, именно движущийся относительно часов наблюдатель – тот, что сидит в ракете. И если так, то правомерна ли вообще наша попытка объяснять оптический эффект Доплера в рамках классических представлений?
Но зададимся встречным вопросом: а в каких же еще рамках нам его рассматривать, если мы пока не знакомы с теорией относительности? И как иначе должны были понимать сдвиг частоты излучения, идущего с далеких космических объектов, физики и астрономы, столкнувшиеся с этим явлением задолго до появления работ Эйнштейна? Они объясняли его примерно также, как мы в наших рисунках. И сами рисунки не содержат никакой ошибки – они точно и правдиво отражают происходящее. Только, с точки зрения классической физики, эти рисунки содержат полную, исчерпывающую информацию о наблюдаемом явлении, а с позиций релятивистской физики, рисунки абсолютно верны, но содержат не полную, а частичную правду, отражая взгляд земного и лунного наблюдателей, но не космонавта. (Известная житейская поговорка, что «неполная правда хуже вранья», в этом случае вряд ли справедлива.) Для получения полной и объективной картины, в свете теории относительности, мы должны лишь дополнить имеющиеся рисунки другой серией рисунков – сделанной летящим в ракете космонавтом. Но то, что увидит космонавт, согласно СТО, мы пока изобразить не умеем.

Я намеренно стремился избежать математических формул и точных расчетов при первом знакомстве с эффектом Доплера. Если мы выразим визуальный эффект Доплера математическими формулами, выведенными по правилам классической физики, то эти формулы окажутся впоследствии неверными для света. Но – самое главное – они отразят беспомощность классической физики определить по величине Доплер-эффекта относительную скорость часов. Знаете, почему? Потому что кое-что ОЧЕНЬ ВАЖНОЕ ускользнуло от нашего внимания: дело в том, что для вычисления по классическим формулам требуется знать, в какой СО покоится СРЕДА, проводящая сигнал. Или, другими словами, с какой скоростью источник сигнала и наблюдатель движутся относительно среды распространения сигнала. В случае звукового сигнала, эта среда – воздух. И, если на первых двух рисунках дует сильный ветер (попутный либо встречный), то ветер непосредственно влияет на степень нарастания частоты сигнала для летчика (при встречном частота нарастает несколько медленнее, при попутном – быстрее; кому интересно, проверьте сами по классическим формулам). А вот в случае со световым изображением, эта среда – тот самый гипотетический «эфир», на поиски которого ушли (и до сих пор не вернулись) многие принципиальные противники СТО. А в СТО никакой «эфир» не понадобится. Там пустота она и есть пустота (и это огромное и бесспорное преимущество).

Рисунки, однако, отражающие суть эффекта Доплера, останутся пригодными и полезными в рамках нового релятивистского подхода.
Я снова забегу вперед и скажу следующее: эффект Доплера в релятивистской физике будет учитывать разный счет времени в СО наблюдателя и источника, который нам еще предстоит понять, и потому вычисляться будет по иной формуле, чем в классической физике. Да и называться он будет «релятивистским эффектом Доплера». Но СУТЬ его останется той же, и РЕЗУЛЬТАТ будет достаточно схожим:
_________________________________________________________
Эффект Доплера приводит к тому, что наблюдатель, движущийся относительно всех окружающих тел и материальных объектов со скоростью, близкой к скорости света, будет видеть все что происходит впереди него смещенным в фиолетовую область спектра и, главное, происходящим в неестественно быстром темпе, как будто он смотрит ускоренное кино, а все, что остается сзади по ходу его движения, он будет видеть смещенным в инфракрасную область света, и очень статичным, почти неподвижным.
_________________________________________________________

Это и есть ответ на первый принципиальный вопрос, поставленный в начале этой главы. Я привожу его здесь, еще до объяснения СТО, только потому, что практически такой же вывод следует и из классического, «до-релятивистского» эффекта Доплера, если не вдаваться в численную, формульную разницу, которая становится существенной только для околосветовых скоростей.
Сделаю еще одно, может быть, очевидное, но важное замечание: эффект Доплера существует только при условии, что скорость сигнала конечна. Если предположить, что сигнал передается мгновенно, эффект Доплера немедленно исчезнет! Так что, обнаружение светового эффекта Доплера послужило в своё время подтверждением конечности скорости света. Но об этом мы поговорим чуть позже.

В литературе по СТО приходится иногда встречать утверждение, что наличие эффекта Доплера служит одним из основных доказательств теории Относительности. Подобное утверждение является, по меньшей мере, грубой неточностью, ибо эффект Доплера, как мы только что видели, известен и объясним в рамках классической физики. На самом деле, доказательством СТО является наблюдаемое отклонение частоты сигнала от значения, определяемого классическим эффектом Доплера (кроме этого, доказательством может служить так называемый «поперечный» эффект Доплера – уменьшение частоты в направлении, перпендикулярном движению источника сигнала). Я допускаю, что на основании этого отклонения можно получить основные формулы СТО, но такой путь построения теории относительности кажется мне запутанным и неестественным. Поэтому оставим пока в стороне этот эффект – в конце концов, он еще послужит нам, как важный факт, подтверждающий справедливость СТО и совпадающий с ее выводами. Но мы не будем использовать его, как уже было сказано в начале главы, для вывода и обоснования главных принципов теории относительности.

Эффект Доплера: суть явления, определение, примеры

Обновлено: 07 Марта 2021

• Суть эффекта Доплера
• Подтверждение эффекта Доплера в ходе экспериментов
• Применение эффекта Доплера
• Формула для эффекта Доплера
• Релятивистский эффект Доплера

• Суть эффекта Доплера
• Подтверждение эффекта Доплера в ходе экспериментов
• Применение эффекта Доплера
• Формула для эффекта Доплера
• Релятивистский эффект Доплера

Эффект Доплера — важнейшее явление в физике волн. Но прежде чем говорить о нем, надо вспомнить, что такое колебания и волны.

Колебания — повторяющийся процесс изменения состояния системы около положения равновесия. Волна — это колебание, способное удаляться от места своего возникновения и распространяться в окружающей среде. Хороший пример этого физического явления — звук. Причиной его возникновения являются механические колебания воздуха.

Суть эффекта Доплера

Физические явления проще всего разбирать на простых моделях. Это же относится и к эффекту Доплера. Представьте, что вы стоите на улице и наблюдаете за дорогой, по которой движется машина с сиреной. Частота звука, который слышите вы по мере приближения машины, будет разной.

Пока автомобиль был далеко, звук слышался слабо, т.е. его частота была низкой. Максимально высокой частоты звук достигнет, когда машина будет проезжать мимо вас. Далее он будет уменьшаться. Вот вы и столкнулись с эффектом Доплера. А именно восприятием наблюдателя частоты и длины волны излучения, которые изменяются вследствие движения источника.

Данное явление было открыто и теоретически обосновано Кристианом Доплером в 1842 году. Австрийский физик наблюдал за кругами на воде и предположил, что этот эффект применимо для любого вида волн. Экспериментально эффект был доказан позже.

Вышеназванный пример показывает эффект Доплера относительно звуковых волн, но физическое явление справедливо не только для них. Итак, выделяют его следующие виды:

1. Акустический эффект Доплера.
2. Оптический эффект Доплера.
3. Эффект Доплера для электромагнитных волн.
4. Релятивистский эффект Доплера.

Подтверждение эффекта Доплера в ходе экспериментов

Как мы уже упоминали ранее, практически эффект Доплера был доказан позднее и связан с интересным экспериментом. Голландский метеоролог Христиан Баллот провел необычный физический опыт. Для участия в эксперименте был приглашен оркестр, в котором состояли музыканты с абсолютным слухом, а также взят мощный локомотив. Какая-то часть музыкантов — в основном это были трубачи — ехала на открытой площадке поезда и тянула одну и ту же ноту. Остальные слушали со станции игру своих коллег. Эксперимент длился два дня. Результат — много сожжённого угля, усталость всех участников и выдающийся итог. Опыт показал, что высота звука зависит от относительной скорости источника или наблюдателя.

Применение эффекта Доплера

Мало открыть и подтвердить физическое явление, важно еще найти ему применение в реальной жизни. Эффект Доплера помогает определить скорость движения объекта при помощи специального датчика. Таким образом, радиосигналы, которые посылает радар, отражаются от автомобиля и возвращаются назад. Важным моментом является то, что смещение частоты возвращения сигналов имеет тесную взаимосвязь со скоростью машины. Сопоставление этих параметров дает возможность вычислить, как быстро двигается авто.

Данное физическое явление нашло применение в медицине. Именно эффект Доплера лежит в основе приборов УЗИ-диагностики. Существуют также методики, которые носят название доплерография.

Эффект Доплера широко используется в оптике, астрономии, радиолокации и электронике, акустике.

Открытие данного физического явления оказало значительное влияние на развитие и становление науки. Судите сами, эффект Доплера входит в список доказательств теории Большого взрыва. Согласно ей Вселенная расширяется. Ученые подтвердили, что при наблюдении удаленных галактик наблюдается красное смещение, что свидетельствует о сдвиге спектральных линий. Если применить к этому эффект Доплера, напрашивается вывод, который согласуется с теорией: галактики удаляются друг от друга, Вселенная расширяется.

Формула для эффекта Доплера

Как и многие научные открытия, эффект Доплера подвергся критике. Причина — громоздкое теоретическое обоснование и минимально краткий вывод формулы. Но ведь это можно рассматривать и в положительном ключе.

Итак, U — это скорость приемника относительно среды, V — скорость источника, C — скорость распространения волн в окружающей среде, Wо — частота волн источника, W — частота волн, которую фиксирует приемник.

Релятивистский эффект Доплера

Релятивистский — это термин, который в физической науке употребляется для обозначения явлений, зависимых от скорости, близкой к скорости света.

Электромагнитные волны могут распространяться в вакууме. В таких случаях для расчета эффекта Доплера учитывается релятивистское замедление времени. C, V — скорости источника относительно приемника, тета — угол между направлением на источник и вектором скорости, которые связаны с системой отсчета приемника.

Эффект Доплера имеет важное значение в физическом мире. Знать о нем, а также применять формулы, которые объясняют это явление, важно и нужно для тех, кто получает инженерное образование. Сложно? Специалисты ФениксХелп помогут научиться решать задачи, в условиях которых задействован эффект Доплера легко и просто