6. Додаток. Нерелятивістський ефект Доплера
До нерелятивістських відносять процеси, пов'язані зі швидкостями, набагато меншими від швидкості поширення світла у вакуумі, наприклад, поширення пружної хвилі, у тому числі – звукової.
Нехай у пружному середовищі на деякій відстані від джерела хвиль розташовано їх приймач. Якщо джерело і приймач нерухомі відносно середовища, в якому поширюється хвиля, то частота коливань ν, що сприймаються приймачем, буде дорівнювати частоті v0 коливань джерела.
Рис. 1.2.14 (Масштаби для а) і б) – різні)
Розглянемо випадки руху джерела та приймача уздовж з’єднуючої їх прямої зі швидкостями υдж і υпр відносно середовища, прийнявши швидкість поширення хвилі в середовищі як υ. При нерухомих джерелі та приймачі хвиля за одну секунду пройде шлях кількісно рівний швидкості υ, і на довжині цієї ділянки вкладеться народжених джерелом за одну секунду ν0 «гребенів» та «впадин» хвилі. Якщо джерело коливань наближається до нерухомого приймача (наприклад, рухається вправо частинка пружного середовища, котра першою почала коливатися (Рис. 1.2.14 а) зі швидкістю υдж, то в момент, коли джерело буде закінчувати ν0 коливання, «гребінь», народжений першим коливанням, буде перебувати від джерела на відстані, рівній υ-υдж. Отже, ν0 повних коливань вкладається на довжині, рівній υ-υдж. Приймач буде сприймати хвилю довжиною
(1.2.21)
Якщо приймач рухається назустріч джерелу, то за одну секунду він прийме число v коливань, які вкладуться на довжині, рівній υ+υпр (Рис. 1.2.14 б)):
(1.2.22)
На підставі формул (1.2.21) та (1.2.22) знаходимо:
(1.2.23)
Шляхом аналогічних міркувань можна показати, розходженні джерела та приймача хвиль уздовж прямої:
(1.2.24)
При довільних напрямках руху приймача, джерела та хвилі в формулах (1.2.23) та (1.2.24) швидкості варто замінити їх проекціями на пряму, що з'єднує приймач та джерело.
Отже, якщо джерело і приймач пружних хвиль рухаються одне відносно одного, то частота v, реєстрована приймачем, відрізняється від дійсної частоти v0 коливань, генерованих джерелом. Це явище дослідив австрійський вчений Х. Доплер, у зв'язку з чим воно було названо ефектом Доплера.
Ефект Доплера має широке застосування. За зміщенням спектру випромінювання об'єктів космосу можна судити про те, рухаються ці об'єкти до нас, чи від нас. З дослідження випромінювання об'єктів галактик вчені намагаються з'ясувати – збігаються галактики, колапсуючи, чи розбігаються, розріджуючи космічний простір.
Має цей ефект і більш прозаїчне застосування – у техніці, зокрема, військовій.
Контрольні питання
Явище інтерференції світлових хвиль.
Когерентні та некогерентні хвилі.
Оптична різниця ходу світлових хвиль.
Навести умови мінімумів та максимумів інтерференції.
Умова спостереження інтерференції.
Способи дослідження інтерференції світла : Дослід Юнга, Дзеркала Френеля, Біпризма Френеля.
Інтерференція світла при відбитті від тонких пластинок: плоско паралельна пластинка, пластинка зміненої товщини.
Охарактеризувати кільця Ньютона.
Інтерферерометр Майкельсона
Аберація світла.
Що собою являє ефект Доплера?
Література:
Навчальний посібник для студентів вищих технічних і педагогічних закладів освіти / Кучерук І. М., Горбачук І. Т.; за ред. Кучерука І. М. - К.: Техніка, 1999.Том 3: Оптика. Квантова фізика. - 520 с
Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. Савельев И.В. 2-е изд., перераб. - М.: Наука, Гл. ред. физ-мат. лит., 1982.— 496с.
Общий курс физики. В 5 т. Том IV. Оптика. Сивухин Д.В.3-е изд., стереот. — М.: Физматлит, 2005. - 792 с
Лекція 3
тема: "Дифракція світла"
Рекомендований до перегляду відеоматеріал перед ознайомленням з лекційним матеріалом:
http://www.youtube.com/watch?v=SV3nlDWJBIs
http://www.youtube.com/watch?v=Mzo4_l1n8U4
http://www.youtube.com/watch?v=QF56cU_NrEs
Питання лекції:
Явище дифракції.
Принцип Гюйгенса-Френеля. Зони Френеля
Дифракція Френеля від колового отвору і колового диска.
Дифракція Фраунгофера від щілини. Дифракція на двох щілинах
Дифракційні ґратки
Дифракція рентгенівського випромінювання.
Голографія.
1. Явище дифракції.
Дифракція – сукупність явищ, що спостерігаються при поширенні світла в середовищі з різкими неоднорідностями і зв'язаних з відхиленням від законів геометричної оптики. Геометрична оптика є актуальною за умови при λ→0. Отже, відхилення від законів геометричної оптики, при інших рівних умовах, виявляються тим менше, чим менше довжина хвилі λ.
Два види дифракції:
дифракція Фраунгофера,
дифракція Френеля.
Якщо джерело світла S і точка спостереження дифракції Р розташовані від перешкоди настільки далеко, що промені які падають на перешкоду, і промені, що йдуть у точку Р, утворять практично паралельні пучки, говорять про дифракцію в паралельних пучках – дифракцію Фраунгофера. У протилежному випадку говорять про дифракцію Френеля.