- •Введение
- •Основные понятия и определения
- •Виды и методы измерений Виды измерений
- •Классификация физических величин
- •Размер физических величин. “Истинное значение” физических величин
- •Основной постулат и аксиома теории измерений
- •Теоретические модели материальных объектов, явлений и процессов
- •Физические модели
- •Математические модели
- •Единицы, системы единиц.
- •3. Системы единиц физических величин
- •3.1. Система Гаусса
- •3.2. Система сгс
- •3.3. Система мкгсс
- •3.4. Система мтс
- •3.5. Международная система единиц физических величин
- •3.5.1. Важнейшие достоинства Международной системы единиц
- •3.5.2. Основные единицы си и их определения
- •3.5.3. Принцип построения производных единиц си
- •3.5.4. Десятичные кратные и дольные единицы си и правила их образования
- •3.5.5. Относительные и логарифмические единицы си
- •3.5.6. Единицы количества информации си
- •3.5.7. Внесистемные единицы си
- •3.5.8. Правила написания наименований и обозначений единиц си
- •Погрешности измерений
- •Причины возникновения и способы исключения систематических погрешностей
- •Основные характеристики измерительных приборов и преобразователей
- •Обшие сведения об измерительных системах
- •Классификация сигналов и помех.
- •Классификация помех
- •Эффект Доплера для звуковых волн.
- •Фотоэффект
- •Кристаллическое состояние Отличительные черты кристаллического состояния
- •Физические типы кристаллических решеток
- •Дефекты в кристаллах
- •Теплоемкость кристаллов
- •Эффект Холла
- •Эффект Джозефсона.
- •Туннельный эффект
- •Стационарный эффект Джозефсона
- •Нестационарный эффект Джозефсона Туннелирование куперовских пар при электрическом напряжении
- •Нестационарный эффект Джозефсона в фундаментальных физических экспериментах
- •Квантовая интерференция
- •Сверхпроводниковые квантовые интерферометры
- •Сверхпроводниковый суперкомпьютер
Эффект Доплера для звуковых волн.
Пусть
в газе или жидкости на некотором
расстоянии от источника волн
располагается воспринимающее колебания
среды устройство, которое мы будем
называть приемником. Если источник( и
приемник волн неподвижны относительно
среды, в которой распространяется
волна, то частота колебаний, воспринимаемых
приемником, будет равна частоте
колебаний источника Если же источник
или приемник либо оба они движутся
относительно среды то частота
,
воспринимаемая приемником, может
оказаться отличной от
.
Это явление называется эффектом
Доплера.
Предположим,
что источник и приемник движутся вдоль
соединяющей их прямой. Скорость
источника
будем считать положительной, если
источник движется по направлению к
приемнику, и отрицательной, если источник
движется в направлении от приемника.
Аналогично скорость приемника
будем считать положительной, если
приемник движется по направлению к
источнику, и отрицательной, если приемник
движется в направлении от источника.
Если
источник неподвижен и колеблется с
частотой
,
то к моменту, когда источник будет
завершать
-e
колебание, порожденный первым
колебанием «гребень» волны успеет
пройти в среде путь
,
(
— скорость распространения волны
относительно среды). Следовательно,
порождаемые источником за секунду
«гребней» и «впадин» волны уложатся
на длине
.
Если же источник движется относительно
среды со скоростью
,
то в момент, когда источник будет
завершать
-e
колебание, «гребень», порожденный первым
колебанием, будет находиться от источника
на расстоянии
(рис.1). Следовательно,
«гребней» и «впадин» волны уложатся
на длине
,
так что длина волны будет равна:
(1)
Мимо неподвижного приемника пройдут за секунду «гребни» и «впадины», укладывающиеся на длине . Если приемник движется со скоростью , то в конце длящегося 1 с промежутка времени он будет воспринимать «впадину», которая в начале этого промежутка отстояла от его теперешнего положения на расстояние, численно равное . Таким образом, приемник воспримет за секунду колебания, отвечающие «гребням» и «впадинам», укладывающимся на
длине,
численно равной
(рис. 2), и будет колебаться с
частотой
Подставив
в эту формулу выражение (1) для
,
получим
(2)
Из формулы (2) вытекает, что при таком движении источника и приемника, при котором расстояние между ними уменьшается,
Рис. 1.
воспринимаемая приемником частота оказывается больше частоты источника . Если расстояние между источником и приемником увеличивается, будет меньше, чем .
Если
направления скоростей
и
не
совпадают с проходящей через источник
и приемник прямой, вместо
и
формуле
(2) нужно брать проекции векторов
и
на
направление указанной прямой.
Эффект Доплера для световых волн.
Для световых волн также наблюдается эффект Доплера, однако формула для изменения частоты имеет иной вид:
; (1)
где
- относительная скорость приемника и
источника,
- частота источника,
- частота приемника.
Перейдя от круговой частоте к обычной, получим:
;
где - частота источника, - частота излучения воспринимаемая приемником, с – скорость света.
При
удалении приемника
и
согласно (1)
;
при приближении
,
так что
.
В
случае, если
имеет место приближенная формула:
Эффект Доплера используется для определения скорости звезд. Измерив относительное смещение линий в спектрах звезд, можно по формуле (1) определить .
Тепловое
движение молекул светящегося газа
приводит вследствие эффекта Доплера
к уширению спектральных линий. Из-за
хаотичности теплового движения все
направления скоростей молекул
относительно спектрографа равновероятны.
Поэтому в регистрируемом прибором
излучении присутствуют все частоты,
заключенные в интервале от
до
,
где (
-
частота,
излучаемая молекулами,
— скорость теплового движения (см.
формулу (151.6)). Таким образом, регистрируемая
ширина спектральной линии составит
.
Величину
(2)
называют доплеровской шириной спектральной линии (под подразумевается наиболее вероятная скорость молекул). По величине доплеровского уширения спектральных линий можно судить о скорости теплового движения молекул, а следовательно, и о температуре светящегося газа.
Фотоны
По гипотезе Энштейна свет распространяется в виде дискретных частиц, которые являются квантами электромагнитного излучения названных первоначально световыми квантами. Впоследствии эти частицы получили название фотонов (термин «фотон» был введен в 1926 г.).
Энергия фотона определяется его частотой:
;
где
;
(h
перечеркнутое),
– постоянная Планка,
- частота фотона.
Длина волны связана с частотой с помощью зависимости:
,
;
где
-
скорость света в вакууме.
Свойства фотона:
1) масса покоя фотона равна нулю,
2) фотон всегда движется со скоростью с. Сказанное означает, что фотон представляет собой частицу особого рода, отличную от таких частиц, как электрон, протон и т. п., которые могут существовать, двигаясь со скоростями,
меньшими с, и даже покоясь.
