Перемещение наблюдателя

Физика > Перемещение наблюдателя

 

Изучите эффект Доплера при перемещении наблюдателя – как меняется восприятие звука человеком: скорость звука и наблюдателя, частота волны, угол наблюдения.

Эффект Доплера – кажущаяся перемена в частоте волны, образующаяся, если наблюдатель и источник волны перемещаются относительно друг друга.

Задача обучения

• Вычислить параметры, которые нужны для расчета воспринимаемой наблюдателем частоты.

Основные пункты

• Когда движущееся тело перемещается к другому, то частота растет, так как время между последовательными звуковыми волнами уменьшается. Поэтому тон выше.
• Если движение происходит от объекта, то частота уменьшается, потому что время между последовательными волнами растет. Тон уменьшается.
• Если объекты не расположены на прямом пути друг к другу, то нужно учитывать угол между ними. Это уравнение следует заменить на скорость перемещения. Угол должен формироваться от линии видимости наблюдателя к источнику звука: v_radial = v ∗ cosθ.

Термин

• Эффект Доплера – видимое изменение частоты, когда наблюдатель и источник перемещаются относительно друг друга.

Давайте объясним эффект Доплера простыми словами для звуковых волн. Если наблюдатель движется к звуковому источнику, то каждая следующая волна встречается раньше предыдущей. Поэтому понадобится меньше времени, чтобы услышать следующую. Время между волнами сокращается, а частота растет. Если же мы отойдем от источника, то часто и тон уменьшается. По перемене в частоте можно определить перемещение наблюдателя и источника.

Звуковой источник производит звуковые волны со стабильной частотой в одинаковой среде. Теперь источник смещается вправо со скоростью 0.7 с. Волновые фронты создаются с прежней частотой, но из-за движения центр каждого нового волнового фронта немного смещается вправо. В итоге, они начинают группироваться впереди и раздвигаются позади источника

Если наблюдатель не приближается к источнику, то в расчетах нужно будет учесть угол межу ними. Для этого нужно знать:

• исходную частоту звуковой волны (f₀).
• скорость наблюдателя (v_r).
• скорость звука в воздухе или среде (c).
• угол прямой видимости от наблюдателя к звуковому источнику (θ).

Звуковые волны производятся источником с одинаковой частотой, но воспринимаются по-разному. Для воспринимаемой частоты используют уравнение:

а для

Если наблюдатель приближается к источнику, то ставим плюс перед скоростью. Если же наблюдатель отдаляется, то минус.

---