Bài giảng hiệu ứng doppler

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Sự thay đổi tần số sóng mà máy thu nhận được khi
có sự chuyển động tương đối giữa máy thu và nguồn
phát

Hiệu ứng Doppler đối với sóng âm

Hiệu ứng Doppler đối với sóng điện từ


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Doppler Effect
 This is the apparent change in frequency of waves due to
the motion of the source/observer
 Note: The higher the frequency the higher the pitch e.g.
car sounding its horn coming toward you, ambulance
siren coming toward you etc…

An example of this would be a formula one car as it drives past

1/6/2012

Note how the frequency of the sound changes


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

I. HIỆU ỨNG DOPPLER ĐỐI VỚI SÓNG ÂM
u : vận tốc của nguồn âm
(NA)
u’: vận tốc của máy thu (MT)
v : vận tốc truyền âm
f’:
tầnsố
sốNA
MT f  v (  : bước sóng của NA)
f: tần


T: chu kỳ
Qui ước
u > 0 NA lại gần MT , u < 0 (NA ra xa MT).
u’ >0 MT lại gần NA , u’< 0 (MT ra xa NA)


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

1. NA và MT đều chuyển động
 NA và MT tiến lại gần nhau

A

Bước sóng do A phát ra

 '    uT

Tần số MT nhận được

v'
f '
'

'
v

u
 f '
f
v u


u’ > 0 B

u>0

Vận tốc truyền âm từ A đến B u > 0

v’ = v + u’

v


b’

b

v
a


A


B

uT

’

 f ' f

Kết luận: MT nhận được tần số lớn hơn tần số nguồn phát


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

1. NA và MT đều chuyển động (tt)
 NA và MT đi ra xa nhau
v’ = v - u’

v
A

u>0

 '    uT

B

u’ > 0

Tần số MT nhận được

v  u'
f '
f
vu



f ' f

Kết luận: MT nhận được tần số nhỏ hơn tần số nguồn phát


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

2. NA đứng yên, MT chuyển động

u  0; u '  0
Tần số MT nhận được
u’ > 0



v  u'
f
f '
v
u’ < 0 
 
TH u ' , R hợp với nhau một góc 1
u'
f '  (1  cos 1 )f
v

B

R

f ' f
f ' f

1

A


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

3. MT đứng yên, NA chuyển động

u '  0; u  0

Tần số MT nhận được

v
f '
f
vu
TH

f '

u>0



f ' f

u<0



f ' f

 
u , R hợp với nhau một góc  2

f
u
1  cos  2
v

A
2

R

B


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

4. NA chuyển động với vận tốc siêu thanh
Âm không
truyền về phía
trước

u: Vận tốc siêu
thanh (u > v)

Sóng xung kích

Mặt nón Mach
vt
v

I

O

x

ut

Các vật sẽ rung động mạnh khi có sóng xung kích
truyền qua


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Sonic Boom (Shock Waves)
If a source of sound moves faster than the
speed of sound a shock wave occurs.
(sonic boom)

/>

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

II. HIỆU ỨNG DOPPLER ĐỐI VỚI SÓNG ĐIỆN
TỪ
HQC K (Oxyz) gắn với máy thu T

y

y’

HQC K’ (O’x’y’z’) gắn với nguồn phát N
O’x’//Ox; O’y’//Oy; O’z’//Oz
O  O ' (t  0 )

O

N
T

Máy thu T nằm trong mp Oxy,
góc giữa và đo trong hệ K là


 Theo nguyên lí tương đối: Các hiện tượng vlí xảy ra giống nhau hòan

tòan tron mọi hqc quán tính (các đk như nhau)
Vận tốc của ánh sáng (sóng đtừ)trong chân không là không đổi trong
mọi hqc quán tính
 Phương trình của mọi hiện tượng vật lí đều bất biếnđối với phép biến

đổi Lorentz

x’
x


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

1. Vận dụng thuyết tương đối Anhxtanh
PT sóng cầu trong HQC K’ của nguồn phát N
S'  A ( r ' ) expi(' t ' k ' x ' cos ' k ' y' sin ' ' )
k'

'
: số sóng (độ dài của vectơ
sóng)


c
u
’ góc hợp bởi ' & T N

PT sóng cầu trong HQC K của máy thu T
S  A(r ) expi(t  kx cos   ky sin   )

k 


c

:độ dài của vectơ sóng

 Phép biến đổi Lorentz


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

1.Vận dụng thuyết tương đối Anhxtanh (tt)
Thực hiện phép biến đổi Lorentz đối với (2) thì nó phải
dẫn đến pt (1)




 u
'
1  cos  
2

1   c
k

u
k ' cos  ' 
(cos


)
c
1  2
k ' sin  '  k sin 
 ' 

(*)

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

2. Biến đổi tần số
 Từ công thức (*) suy ra:

' 1   2

u
(1  cos )
c

f ' 1  2
Hay f 
u
(1  cos )
c

(a)



 Công thức (a) ứng nguồn phát sóng chuyển động với vận tốc
u

hợp với phương quan sát 1 góc .
 Nếu u<< c chỉ tính gần đúng bậc nhất (bỏ qua 2 ) (a) giống như
công thức sóng âm học .

f'

f
u
(1  cos )
c


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

3. Hiệu ứng Doppler ngang
Nguồn âm vuông góc với phương quan sát  
 Đối với sóng điện từ

f  f ' 1  2  f '
 Đối với sóng âm: cos  = 0  f = f’


2

 Sóng điện từ có hiệu
ứng Doppler ngang

Sự trôi chậm của thời gian
T

T0
1 

2

hay f  f 0 1   2

• T’=T0: chu kỳ dđ của điện từ trong HQC K’

• T: chu kỳ dđ của điện từ trong HQC K

Hiệu ứng Doppler ngang (tỉ lệ u2/c2 ) yếu hơn hiệu
ứngDoppler dọc (tỉ lệ với u/c) một cách đáng kể


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Applications of Doppler Effect (Medicine)
 Ultrasonic waves reflected from red blood cells can be
used to determine the velocity of blood flow.

 Reflection of ultrasonic waves can also be used to detect
the movement of the chest of a young fetus and to monitor
its heartbeat.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Applications of Doppler Effect (Radar Speed Trap)
Police can check the speed of a vehicle with a radar
gun. The radar gun sends microwaves towards the
vehicle. The waves reflected back to the gun have a
higher frequency because of the Doppler effect.

The microwave receiver in the
radar gun detects the
difference in frequency f
between the emitted signal and
the received signal.
The speed of the car is
calculated from this, and
displayed automatically on a
screen.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Doppler Flow Meter

A Doppler flow meter measures the speed of red blood cells.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

The Doppler Effect
1. Light emitted from an object moving towards you will have its wavelength
shortened.

BLUESHIFT
2. Light emitted from an object moving away from you will have its wavelength
lengthened.

REDSHIFT
3. Light emitted from an object moving perpendicular to your line-of-sight
will not change its wavelength.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

BÀI TẬP


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.