В чем состоит эффект Доплера и где он применяется.

Реклама
Автономная некоммерческая образовательная организация высшего
профессионального образования
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЛАВЯНСКИЙ ИНСТИТУТ
Факультет «Экономики и организации предпринимательства»
Контрольная работа
На тему: «В чем состоит эффект Доплера и где он проминяется?»
На тему: «С помощью каких методов измеряется расстояния в микро-макро- и
мегамире?».
По курсу: «Концепции современного естествознания».
Выполнила:
Студентка 1курса
Гр. БУА-11/к
Яковлева Н. А.
Проверил:
Москва
2012г.
ПЛАН
Тема: «В чем состоит эффект Доплера и где он проминяется?»
1.Введение…………………………………………………………………………3
2. В чем состоит эффект Доплера и где он применяется.………………………4
3.Заключение………………………………………………………………………8
5. Список литературы……………………………………………………………..9
Тема: «С помощью каких методов измеряется расстояния в микро-макро- и
мегамире?».
1.Введение………………………………………………………………………..10
2.Микромир………………………………………………………………………11
3.Макромир……………………………………………………………………….12
4. Мегомир……………………………………......................................................13
5. Список литературы……………………………………………………………15
Введение
Мы живем в мире информации, и главная ее часть проходит через глаза и
слух человека. Согласно исследованиям физиологов визуальная информация
занимает первое место, но и слуховая не менее важна.
Мы живем в мире звуков, это и музыка и шумы, и речь. Поэтому надо
знать
природу звука,
уравнения
и
законы,
которые
описывают
его
распространения и поглощения в различных средах. Это необходимо знать
людям различных профессий: музыкантам и строителям, звукорежиссерам и
архитекторам, биологам и геологам, сейсмологам, военным. Все они имеют
дело с различными сторонами практического распространения звука в разных
средах. Распространение звука в помещениях, „ звучание ” помещений важно
для строителей, музыкантов. По звуковым сигналам сейчас исследуют пути
миграций перелетных птиц в биологи, рыбаки находят косяки рыб в океане.
Геологи с помощью ультразвука исследуют земную кору в поисках новых
месторождений полезных ископаемых. Сейсмологи, изучая распространение
звуков в земле, учатся предсказывать землетрясения и цунами. Для военных
большое значение имеет профиль корпусов военных кораблей и подводных
лодок, ведь это влияет на скорость движения корабля и на издаваемый им шум,
который для подводных лодок должен быть минимальным, всем этим, и
обусловлена актуальность моей работы. Развитие физики и математики сделало
возможным рассчитать все это. Поэтому звуковые явления были выделены в
отдельную науку, которая получила название акустики.
В чем состоит эффект Доплера и где он применяется.
К.Доплер обнаружил зависимость частоты волнового импульса от
скорости при движении источника волн относительно наблюдателя, названную
эффектом Доплера. Многие не раз сталкивались с ним, когда слышали, как
меняется звук предупреждающего свистка проносящегося мимо платформы
поезда. Но эффект Доплера можно не только «слышать», но и «видеть», хотя
бы в ванне или пруду. Периодически погружая палец в воду, чтобы на
поверхности образовались волны, равномерно перемещайте его в одном
направлении. Следуя друг за другом, гребни волн будут сгущаться в
направлении движения пальца и станут более разреженными с другой стороны.
Значит, длина волны в направлении вперед станет меньше обычной, в
направлении назад — больше.
Эффект Доплера имеет место для всех типов волн — звуковых в
атмосфере, упругих в твердом теле, волн на воде, световых волн. Измерение
доплеровского смещения в спектрах позволяет с большой точностью, не
возмущая измерением движение, определить скорости движущихся объектов.
Эффект Доплера, как основной в оптике движущихся сред, сыграл
решающую роль в экспериментальном обосновании специальной теории
относительности.
Эффект Доплера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых
приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника.
Эффект Доплера легко наблюдать на практике, когда мимо
наблюдателя проезжает машина с включённой сиреной. Предположим,
сирена выдаёт какой-то определённый тон, и он не меняется. Когда машина
не движется относительно наблюдателя, тогда он слышит именно тот тон,
который издаёт сирена. Но если машина будет приближаться к
наблюдателю, то частота звуковых волн увеличится (а длина уменьшится),
и наблюдатель услышит более высокий тон, чем на самом деле издаёт
сирена. В тот момент, когда машина будет проезжать мимо наблюдателя, он
услышит тот самый тон, который на самом деле издаёт сирена. А когда
машина проедет дальше и будет уже отдаляться, а не приближаться, то
наблюдатель услышит более низкий тон, вследствие меньшей частоты (и,
соответственно, большей длины) звуковых волн.
Для волн (например, звука), распространяющихся в какой-либо среде, нужно
принимать во внимание движение, как источника, так и приёмника волн
относительно этой среды. Для электромагнитных волн (например, света), для
распространения которых не нужна никакая среда, в вакууме имеет значение
только относительное движение источника и приёмника.
Эффект был впервые описан Кристианом Доплером в 1842 году.
Эффект Доплера применяется: находит широкое применение и в науке, и в
быту. Во всем мире он используется в полицейских радарах, позволяющих
отлавливать и штрафовать нарушителей правил дорожного движения,
превышающих скорость. Пистолет-радар излучает радиоволновой сигнал
(обычно в диапазоне УКВ или СВЧ), который отражается от металлического
кузова вашей машины. Обратно на радар сигнал поступает уже с доплеровским
смещением частоты, величина которого зависит от скорости машины.
Сопоставляя частоты исходящего и входящего сигнала, прибор автоматически
вычисляет скорость вашей машины и выводит ее на экран.
Несколько более эзотерическое применение эффект Доплера нашел в
астрофизике: в частности, Эдвин Хаббл, впервые измеряя расстояния до
ближайших галактик на новейшем телескопе, одновременно обнаружил в
спектре их атомного излучения красное доплеровское смещение, из чего был
сделан вывод, что галактики удаляются от нас. По сути, это был столь же
однозначный вывод, как если бы вы, закрыв глаза, вдруг услышали, что тон
звука двигателя машины знакомой вам модели оказался ниже, чем нужно, и
сделали вывод, что машина от вас удаляется. Когда же Хаббл обнаружил к тому
же, что чем дальше галактика, тем сильнее красное смещение (и тем быстрее
она от нас улетает), оно понял, что Вселенная расширяется.
Люди используют эффект Доплера везде, где надо измерить скорость
предметов, которые могут излучать или отражать волны:

— Детектор движения в охранных системах.

— Навигация в подводных лодках.

— Измерение силы ветра и скорости облаков в метеорологии.
Поскольку человеческое тело состоит сплошь из жидкостей, скорость которых
можно измерить, эффект Доплера широко используется и в медицине, чтобы
измерять скорость кровотока, скорость движения клапанов и стенок сердца
(доплеровская эхо-кардиография) и других органов.
Доплеровские измерители используются в различных целях во многих
отраслях производства, транспорта, медицины, научных и научно-практических
исследований, а также в военном деле
Бортовые измерители
Доплеровские измерители скорости и сноса для определения вектора путевой
скорости самолёта, вертолёта. В настоящее время в авиации применяются
измерители только радиолокационного типа.
Судовые доплеровские измерители — радиолокационные и
гидроакустические
Бортовые измерители локомотивов — радиолокационные и лазерные
Доплеровские измерители в космонавтике
Технологические измерители
Измерители скорости перемещения твёрдых тел — лазерные
Измерители скорости потока жидких или сыпучих сред — ультразвуковые и
лазерные, в т. ч. ультразвуковые расходомеры
Медицинские измерители
Доплеровский измеритель скорости кровотока — ультразвуковой
Лазерные доплеровские флоуметры — анализаторы для неинвазивной
диагностики микроциркуляционного кровообращения
УЗИ-доплер томографы
Фетальные доплеры
Измерители для контроля транспортных потоков
Измерители скорости движения транспортных средств — радиолокационные и
лазерные
Гидро/метео измерители
Лазерные доплеровские измерители в метеорологических исследованиях
Гидроакустические доплеровские измерители в гидрологии, океанологии,
Системы охранной сигнализации
Радиоволновые и ультразвуковые доплеровские извещатели для закрытых
помещений
Доплеровские системы сигнализации для открытых пространств
Измерители военно-технического и разведывательного назначения
Заключение.
Звук распространяется в виде продольной волны в воздухе и других
средах. Скорость звука в воздухе увеличивается с ростом температуры; при 0
о
С она равна приблизительно 331 м/с.
Эффект Доплера заключается в том, что движение источника звука или
слушателя вызывает изменение высоты звука. Характерен для любых волн
(свет, звук и т. д.). При приближении источника к приемнику уменьшается, а
при удалении растет на величину, где длина волны источника, скорость
распространения волны, относительная скорость движения источника. Другими
словами, если источник звука и слушатель сближаются, то высота звука растёт;
если же они удаляются друг от друга, то высота звука понижается.
Эффект Доплера получил широкое применение, потому что спокойствие
является частью движения и все объекты в нашем мире находятся в состоянии
движения.
Список литературы
1.Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ. - М.: Прогресс,
2009.
2. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. - М.: Библионика,
2008.
3. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания. М.: Просвещение, 2006.
4. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. - Новосибирск:
НГУЭУ, 2005.
5. Концепции современного естествознания. / Аруцев А.А., Ермолаев Б.В.,
Кутателадзе И.О., Слуцкий М.С. - М.: Просвещение, 2009.
Тема: «С помощью каких методов измеряется расстояния в микро-макро- и
мегамире?».
Введение
Измерения в науке тесно связаны с количественными сравнениями. Измерить –
значит определить неизвестную величину известной установленной единицей
меры. Способы определения пространственно-временных интервалов зависят
от масштабов измеряемых расстояний и диапазонов временных промежутков.
Масштабы расстояний во Вселенной невозможно охватить. Если сравнить
реальные объекты с ростом человека, то диаметр живой клетки, например,
оказывается в 100 000 раз меньше человеческого роста, атомы – в 100 000 раз
меньше клеток, а ядра атомов – в 100 000 раз меньше самих атомов. Чтобы
представить такие масштабы, пользуются методом сравнения: если дождевую
каплю увеличить до размеров земного шара, то атом будет величиной с
человека, а ядро атома – величиной с бактерию.
Микромир
Микромир – это молекулы, атомы, элементарные частицы — мир предельно
малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная
разномерность которых исчисляется от 10—8 до 10—16 см, а время жизни —
от бесконечности до 10-24 с.
Человек может различать невооруженным глазом объекты размером около 1
мм, лупа увеличивает в 10 раз, микроскоп позволяет увидеть объекты размером
до 1 мкм (10-6 м), в видимом свете большее увеличение получить нельзя, так
как длина световой волны становится больше размеров объектов и это
ограничивает разрешающую способность прибора (способность давать
раздельно изображения двух близких друг к другу точек объекта). Дело в том,
что в результате дифракции света изображение светящейся точки в оптическом
приборе представляет собой систему чередующихся светлых и темных колец и
в случае, если линейные размеры предметов будут меньше длины волны, то
изображения близких объектов накладываются друг на друга и становятся
неразличимыми. Электронные микроскопы позволяют увеличить
разрешающую способность, они дают возможность увидеть объекты размером
до 10-8 м. Более мелкие объекты исследуются косвенными методами, например,
рассеянием электронов.
В микромире расстояния измеряют при помощи явлений дифракции пучков
фотонов или других элементарных частиц на кристаллических решетках. В
качестве эталона в этом случае выступает длина волны, которая в соответствии
с положениями корпускулярно-волнового дуализма описывает поведение
частиц в пучке. (В микромире используют единицы длины 1 мкм = = 10-6 м; 1
нм = 10-9 м. Длина волны красного цвета — 720 нм, а фиолетового — 430 нм.
Размер пылинки 10-4 м, диаметр молекулы ДНК 2 • 10-9 м, атома водорода 3 •
10-11 м). К кинематическому способу измерения относится метод измерения
расстояний в микромире при помощи дифракции элементарных частиц. В
качестве эталона длины выступает в этом случае длина волны излучения.
Макромир
Макромир — мир устойчивых форм и соразмерных человеку величин, а
также кристаллические комплексы молекул, организмы, сообщества
организмов; мир макрообъектов, размерность которых соотносима с
масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в
миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время — в секундах, минутах,
часах, годах.
Небольшие расстояния в макромире измеряются с помощью эталона. Такие
измерения требуют непосредственного контакта с точками, между которыми
измеряется расстояние. Самые простейшие измерения производятся с помощью
линейки или рулетки. Кинематический способ измерения расстояний основан
на использовании математических уравнений:
прямой с постоянной скоростью
скоростью (
или
в случае движения по
– при движении с переменной
– расстояние, t – время движения). Примером такого способа
измерения расстояний является радиолокационный метод. В этом случае
мощный электромагнитный импульс посылается на исследуемый объект и
принимается отраженный от него сигнал. Зная, что электромагнитная волна
распространяется с постоянной скоростью
, и точно измеряя
время прохождения сигнала до объекта и обратно, можно вычислить искомое
расстояние:
.
Мегамир
Мегамир — это планеты, звездные комплексы, галактики, метагалактики –
мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором
измеряется световыми годами.
Сейчас все расстояния определены достаточно точно и разными методами.
При радиолокационном методе на исследуемый объект посылают мощный
кратковременный электромагнитный импульс, а затем принимают отраженный
сигнал. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме с = 299
792 458 м/с. Если точно измерить время, которое потребовалось сигналу, чтобы
дойти до объекта и обратно, то легко вычислить искомое расстояние.
Радиолокационные наблюдения позволяют с большой точностью определить
расстояния до небесных тел Солнечной системы. Этим методом уточнены
расстояния до Луны, Венеры, Меркурия, Марса, Юпитера.
Еще одним способом измерения расстояний является метод геометрического
параллакса (параллакс – видимое изменение положения предмета вследствие
перемещения глаза наблюдателя). В этом случае удаленный предмет
рассматривается с двух разных точек. Оценить расстояние до этого предмета
можно, зная расстояние между точками и углы, которые образуют направления
на удаленный предмет с линией, соединяющей точки наблюдения. Расстояние
до исследуемого предмета определяется по теореме синусов.
С помощью этого метода можно определять расстояния между удаленными
точками на Земле; расстояние до планет Солнечной системы, взяв в качестве
базиса радиус Земли; расстояние до ближайших звезд. В последнем случае в
качестве базиса выбирается средний радиус земной орбиты. Угол, под которым
видна со звезды большая полуось земной орбиты, расположенная
перпендикулярно лучу зрения, называется годичным параллаксом. С этой
величиной связана основная единица измерения расстояний между звездами –
парсек (сокр. от параллакс и секунда).
Большинство известных нам звезд
слишком далеки, чтобы можно было определять до них расстояния методом
параллакса, поэтому астрономы пользуются другими приемами. Расстояния до
ближайших галактик определяются методом измерения сравнительной яркости,
исходя из закона убывания интенсивности излучения пропорционально
квадрату расстояния. Для определения расстояния до более далеких звездных
систем проводятся наблюдения за цефеидами. Цефеиды – это нестационарные
пульсирующие звезды, блеск которых периодически меняется. Между
периодом пульсации и светимостью звезд существует зависимость «период –
светимость». Измеряя период пульсации цефеид, определяют светимость звезд,
используя данную зависимость, а по светимости и видимой звездной величине
(видимому блеску) вычисляют расстояние до цефеид.
Список использованной литературы
1. Ващекин Н.П., Лось В.А., Урсул А.Д. «Концепции современного
естествознания», М.: МГУК, 2009.
2. Горелов А.А. «Концепции современного естествознания », М.: Высшее
образование, 2008.
3. Гусев Д.А. «Концепции современного естествознания », Учебный курс
(учебно-методический комплекс).
Скачать