Hiệu ứng Doppler - Ứng dụng trong việc phát minh ra súng bắn tốc độ pot

Hiệu ứng Doppler - Ứng
dụng trong việc phát minh
ra súng bắn tốc độ
Hiệu ứng Doppler là một hiệu ứng vật lý, đặt tên theo Christian
Andreas Doppler, trong đó tần số và bước sóng của các sóng âm, sóng điện từ
hay các sóng nói chung bị thay đổi khi mà nguồn phát sóng chuyển động
tương đối với người quan sát.
Nhà thiên văn học JohnDobson giải thích hiệu ứngDopplerkhinghetiếng
còi xe: "lýdomà tiếng còi giảmlà do xekhông tôngbạn"?
Đối vớisóng chuyển động trong mộtmôi trường,như sóng âm, nguồn
sóng và người quan sátđềucó thể chuyển độngtươngđối so với môi trường.Hiệu
ứng Dopplerlúcđó là sự tổng hợp của haihiệu ứng riêng rẽ gây rabởihai chuyển
độngnày.
Cụ thể, nếu nguồndi độngtrong môi trường phát ra sóng với tần số tại
nguồnlà f
0
, một người quan sátđứng yên trong môi trường sẽ nhậnđược tần số f:
với c tốc độ lan truyềncủa sóngtrong môi trường, v là thành phầnvận tốc
chuyển động của nguồn so với môi trườngtheo phươngchỉ đến người quan sát
(âm nếu đi về phía người quan sát, dương nếu ngược lại).
Tần số tăng lên khinguồn tiến về phía người quansát, và giảm đikhi nguồn
đi ra xa người quan sát.
Tương tự, khinguồn đứng imcònngười quansát chuyểnđộng:
Đối với sóng điện từ (ví dụ ánhsáng),lan truyền màkhôngcần môi trường,
hiệu ứng Dopplerđược tính toán dựavàothuyết tươngđối.
Phân Tích
Tronghiệu ứng Dopplerthật ra tần số của nguồn sóng không bị thayđổi. Để
hiểu rõnguyênnhân tạo ra hiệu ứng Doppler,sự thay đổi tầnsố,ta lấy ví dụ của
hai ngườinémbóng.Người A ném bóngđến người Btại một khoảngcách nhất
định. Giả sử vận tốc trái bóngkhông đổi vàcứ mỗi phút người B nhận đượcx số
bóng. Nếu người A từ từ tiến lại gần ngườiB, anh ta sẽ nhận được nhiều bóng hơn

mỗiphút vì khoảng cách của họ đã bị rút ngắn. Vậy chínhsố bước sóng bị thay đổi
nên gây ra sự thay đổi tần số.
Ứng Dụng
Một microphonecố định thuâm tiếng củaxe cảnh sáttại độ ngânkhác nhau
tùy thuộcvào hướng tươngđối của chúng
Thường ngày
Một tiếng còi trên xe cấp cứu tiến đến ta sẽ có tần số cao hơn (chói
hơn) khi xe đứng yên. Tần số này giảm dần (trầm hơn) khi xe vượt qua ta và
nhỏ hơn bình thường khi xe chạy ra xa.
Nhà thiên văn họcJohn Dobsongiải thích hiện tượng trên: "lý do mà tiếng
còi giảm là do xe không tông bạn".
Nói cách khác, nếu chiếc xeđi theo phươngthẳng tới bạn,tần số sẽ vẫn giữ
nguyên(vì thành phần vận tốcv theophươngchỉ tới bạn không đổi)chođến khi
chúng vượt qua bạn, thì lập tức chuyển sang tần số thấp hơn. Sự khác biệt giữa tần
số cao lúc tiến đến so với tần số chuẩn củacòi đúng bằng sự khác biệt giữatần số
thấplúc ra xa sovới tần số chuẩn. Khi chiếc xe không tông vào bạn mà chỉ qua mặt
bạn, thành phần vậntốc theo phương chỉ tới bạn khônggiữ nguyêndo phương này
luôn thayđổi tùythuộc vị trí của xe:
Trongđó v là thành phần vận tốc của xe theophươngchỉ tới bạn, v
0
là tốc
độ của xe vàθ là gócgiữahướng dichuyển của xevà hướngnối từ xe đến bạn.
Súng bắn tốc độ
Sử dụngcơ chế radarvà hiệu ứng Doppler,phát ra mộtbướcsóngradio có
tần số xác địnhf0 rồi thu nhận tần số sóng radiof1 phản xạ ngượctrở lại từ
phươngtiện giao thông đang dichuyển vớivận tốc u. Từ f0 và f1 ta sẽ tính ra được
vận tốccủa phương tiện giao thông đó.
nv