Электродинамика және арнаулы салыстырмалық теориясы «Физика», «Физика және информатика»
жүктеу/скачать 1,19 Mb.
|
elektrodinamika-jane
| §15. Допплер эффектісі
Акустикада дыбыс толқындарының таралуында Допплер эффектісі байқалады. Бақылаушы (немесе Қабылда-ғыш) дыбыс көзіне қатысты қозғалатын болса, оның қабыл-дап алған толқын ұзындығы шығарылған кездегі толқын ұзындығынан өзгеше болады. Екеуінің айырмасы салыстыр-малы жылдамдыққа пропорционал, арақашықтық өсетін болса- оң, азаятын болса- теріс. Дәл сондай құбылыс жарық толқындары үшін де байқа-лады. Бірақ оптикада Допплер эффектісінің сипаты акустика-дағыдан өзгешелеу. Бұл өзгешелік дыбыстың қума, ал жарық-тың көлденең толқын болғандығына байланысты емес. Оның себебі: электромагниттік толқынның релятивистік объект болғандығы. Оптикадағы Допплер эффект екі құраушыдан құралады. Біріншісі- жарық көзі мен қабылдағыштың қашық-тықтарының үнемі өзгеруімен байланысты пайда болады. Бұл құбылыс қума Допплер эффектісі деп аталады. Бірақ акуст-икадағы құбылысқа қарағанда оның шамалы болса да~(V/c)2 айырмашылығы бар. Екіншісі- бір ИСЖ-ден екіншісіне көш-кенде оқиғалардың арасындағы уақыт аралықтарының өзгеруімен байланысты. Бұл құбылыс бақылаушы мен жарық көзінің арақашықтығының өзгеруіне байланысты емес. Салыстырмалы жылдамдық екеуін қосатын сызыққа перпен-дикуляр болса байқалады. Бұл тек жарық толқындарына ғана тән құбылыс. Бұл құбылыс көлденең Допплер эффектісі деп аталады. Осы құбылыстарды салыстырмалылық теориясы қалай түсіндіреді? Жарықтың 4-толқындық векторын енгізгеннен кейін, оның бір инерциялық санақ жүйесінен екіншісіне өткенде түрлену заңдылықтарын қарастыруға болады. Осы түрленудің негізінде Допплер эффектісін қорытып көрейік: жазық жарық толқыны санақ жүйесінде бақыланады делік, ол ─ 4-векторымен сипатталады. жүйесінде жарық сәулесі жазықтығында тарасын және өсімен бұрыш жасайтын болсын (12-сурет) 4-вектор құраушылары: (15.1) , (15.2) (15.3) К жүйесінде осы жарық толқынының толқындық векторының құраушыларын табу үшін: (15.4) , (15.5) , (15.6) (15.7) теңдеулерін пайдалану керек. Жоғарғы шарттардың салдарын қарастырайық. сонымен (15.2),(15.6)теңдеулерден: яғни сәуле XY жазық-тығында таралатындығы көрінеді, онда оның құраушыларын , деп белгілеуге болады. (15.3),(15.7) теңдеулерден: , (15.8) (15.1),(15.4) теңдеулерден: , не-месе (15.8)- теңдеуді ескере отырып, (15.9) (15.10) Дәл сол сияқты, (15.1), (15.5) теңдеулерден: , немесе: (15.11) (15.10)-теңдеуге сүйеніп: (15.12) (15.11) және (15.12) теңдеулер арқылы -ті табуға болады: (15.13) (15.12) ні қолданып, (15.8)-ні әрі де қорытып жазайық: (15.14) егер жарық көзінің шығарған толқынының жиілігі болса, К жүйесіндегі бақылаушы осы толқынның жиілігін өлшеп, -ға тең екендігін байқайды, бірақта немесе . (15.15) жарық көзінің жылдамдығына және жарық көзінің салыс-тырмалы қозғалысы мен таралу бағытының арасындағы бұрышқа тәуелді. Бұдан шығатын салдар - жарық көзі бақылаушымен қосатын түзу бойында қозғалатын болса, бұл жағдай Доплердің қума эффектісіне сәйкес келеді: жарық көзі бақылаушыдан сыртқа қарай қозғалса, онда , , (15.16) сонда бақылаушының өлшегені , немесе периоды: , (15.17) яғни Т>Т0. Сонымен, жарық көзі мен бақылаушы бір бірінен қашықтап қозғалатын болса, онда бақылаушының қабылдап алған жарығының қандайда спектрлік сызығының жиілігі шығарылған кездегі мәнінен төмен болады, яғни ол сызық спектрограмманың қызыл түсі орналасқан жағына қарай орын ауыстырады, бұны қызыл ығысу деп атайды жарық көзі бақылаушыға қарай қозғалса, , , , (15.18) , , яғни ω>ω0 және Τ<Τ0. Сонымен, жарық көзі мен бақылаушы бір-бірінен жақындап қозғалатын болса, онда бақылаушының қабылдап алған жарығының қандай да спектрлік сызығының жиілігі шығарылған кездегі мәнінен жоғары болады, яғни ол сызық спектрограмманың күлгін түсі орналасқан жағына қарай орын ауыстырады, мұны күлгін ығысу деп атайды. Ығысу мөлшері салыстырмалы қозғалыс жылдамдығына пропорционал,Сондықтан спектрлік жұтылу сызығының ығысу мөлшерінің шамасын өлшеп, жұлдыздың немесе ғаламның бізден қандай жылдамдықпен алыстап, не қандай жылдамдықпен жақындап бара жатқанын білуге болады. жарық көзі перпендикуляр бағытта қозғалса , (15.19) Бұл құбылысты көлденең Допплер эффектісі деп атайды. 1938 жылы экспериментті түрде анықталды. Қума Допплер эффектісін классикалық теория тұрғысынан түсіндіруге болады, ал көлденең Допплер эффектісін классикалық теория түсіндіре алмайды. Ол сағат жүрісінің релятивистік баяулауының салдары және дәлелдемесі болып табылады. Допплер эффектісін қолдану арқылы жарық көзінің салыстырмалы жылдамдығын анықтауға болады. Сол себепті осы құбылысты астрономияда жұлдыздар мен басқа жарық шығаратын объектілердің сәулелік жылдамдықтарын анықтау үшін қолданады. жүктеу/скачать 1,19 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|