- •Введение
- •Основные понятия и определения
- •Виды и методы измерений Виды измерений
- •Классификация физических величин
- •Размер физических величин. “Истинное значение” физических величин
- •Основной постулат и аксиома теории измерений
- •Теоретические модели материальных объектов, явлений и процессов
- •Физические модели
- •Математические модели
- •Единицы, системы единиц.
- •3. Системы единиц физических величин
- •3.1. Система Гаусса
- •3.2. Система сгс
- •3.3. Система мкгсс
- •3.4. Система мтс
- •3.5. Международная система единиц физических величин
- •3.5.1. Важнейшие достоинства Международной системы единиц
- •3.5.2. Основные единицы си и их определения
- •3.5.3. Принцип построения производных единиц си
- •3.5.4. Десятичные кратные и дольные единицы си и правила их образования
- •3.5.5. Относительные и логарифмические единицы си
- •3.5.6. Единицы количества информации си
- •3.5.7. Внесистемные единицы си
- •3.5.8. Правила написания наименований и обозначений единиц си
- •Погрешности измерений
- •Причины возникновения и способы исключения систематических погрешностей
- •Основные характеристики измерительных приборов и преобразователей
- •Обшие сведения об измерительных системах
- •Классификация сигналов и помех.
- •Классификация помех
- •Эффект Доплера для звуковых волн.
- •Фотоэффект
- •Кристаллическое состояние Отличительные черты кристаллического состояния
- •Физические типы кристаллических решеток
- •Дефекты в кристаллах
- •Теплоемкость кристаллов
- •Эффект Холла
- •Эффект Джозефсона.
- •Туннельный эффект
- •Стационарный эффект Джозефсона
- •Нестационарный эффект Джозефсона Туннелирование куперовских пар при электрическом напряжении
- •Нестационарный эффект Джозефсона в фундаментальных физических экспериментах
- •Квантовая интерференция
- •Сверхпроводниковые квантовые интерферометры
- •Сверхпроводниковый суперкомпьютер
Эффект Доплера для звуковых волн.
Пусть в газе или жидкости на некотором расстоянии от источника волн располагается воспринимающее колебания среды устройство, которое мы будем называть приемником. Если источник( и приемник волн неподвижны относительно среды, в которой распространяется волна, то частота колебаний, воспринимаемых приемником, будет равна частоте колебаний источника Если же источник или приемник либо оба они движутся относительно среды то частота , воспринимаемая приемником, может оказаться отличной от . Это явление называется эффектом Доплера.
Предположим, что источник и приемник движутся вдоль соединяющей их прямой. Скорость источника будем считать положительной, если источник движется по направлению к приемнику, и отрицательной, если источник движется в направлении от приемника. Аналогично скорость приемника будем считать положительной, если приемник движется по направлению к источнику, и отрицательной, если приемник движется в направлении от источника.
Если источник неподвижен и колеблется с частотой , то к моменту, когда источник будет завершать -e колебание, порожденный первым колебанием «гребень» волны успеет пройти в среде путь , ( — скорость распространения волны относительно среды). Следовательно, порождаемые источником за секунду «гребней» и «впадин» волны уложатся на длине . Если же источник движется относительно среды со скоростью , то в момент, когда источник будет завершать -e колебание, «гребень», порожденный первым колебанием, будет находиться от источника на расстоянии (рис.1). Следовательно, «гребней» и «впадин» волны уложатся на длине , так что длина волны будет равна:
(1)
Мимо неподвижного приемника пройдут за секунду «гребни» и «впадины», укладывающиеся на длине . Если приемник движется со скоростью , то в конце длящегося 1 с промежутка времени он будет воспринимать «впадину», которая в начале этого промежутка отстояла от его теперешнего положения на расстояние, численно равное . Таким образом, приемник воспримет за секунду колебания, отвечающие «гребням» и «впадинам», укладывающимся на
длине, численно равной (рис. 2), и будет колебаться с частотой
Подставив в эту формулу выражение (1) для , получим
(2)
Из формулы (2) вытекает, что при таком движении источника и приемника, при котором расстояние между ними уменьшается,
Рис. 1.
воспринимаемая приемником частота оказывается больше частоты источника . Если расстояние между источником и приемником увеличивается, будет меньше, чем .
Если направления скоростей и не совпадают с проходящей через источник и приемник прямой, вместо и формуле (2) нужно брать проекции векторов и на направление указанной прямой.
Эффект Доплера для световых волн.
Для световых волн также наблюдается эффект Доплера, однако формула для изменения частоты имеет иной вид:
; (1)
где - относительная скорость приемника и источника, - частота источника, - частота приемника.
Перейдя от круговой частоте к обычной, получим:
;
где - частота источника, - частота излучения воспринимаемая приемником, с – скорость света.
При удалении приемника и согласно (1) ; при приближении , так что .
В случае, если имеет место приближенная формула:
Эффект Доплера используется для определения скорости звезд. Измерив относительное смещение линий в спектрах звезд, можно по формуле (1) определить .
Тепловое движение молекул светящегося газа приводит вследствие эффекта Доплера к уширению спектральных линий. Из-за хаотичности теплового движения все направления скоростей молекул относительно спектрографа равновероятны. Поэтому в регистрируемом прибором излучении присутствуют все частоты, заключенные в интервале от до , где ( - частота, излучаемая молекулами, — скорость теплового движения (см. формулу (151.6)). Таким образом, регистрируемая ширина спектральной линии составит . Величину
(2)
называют доплеровской шириной спектральной линии (под подразумевается наиболее вероятная скорость молекул). По величине доплеровского уширения спектральных линий можно судить о скорости теплового движения молекул, а следовательно, и о температуре светящегося газа.
Фотоны
По гипотезе Энштейна свет распространяется в виде дискретных частиц, которые являются квантами электромагнитного излучения названных первоначально световыми квантами. Впоследствии эти частицы получили название фотонов (термин «фотон» был введен в 1926 г.).
Энергия фотона определяется его частотой:
;
где ; (h перечеркнутое), – постоянная Планка, - частота фотона.
Длина волны связана с частотой с помощью зависимости:
, ;
где - скорость света в вакууме.
Свойства фотона:
1) масса покоя фотона равна нулю,
2) фотон всегда движется со скоростью с. Сказанное означает, что фотон представляет собой частицу особого рода, отличную от таких частиц, как электрон, протон и т. п., которые могут существовать, двигаясь со скоростями,
меньшими с, и даже покоясь.