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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hiệu ứng Doppler - Ứng dụng trong việc phát minh ra súng bắn tốc độ Hiệu ứng Doppler - Ứngdụng trong việc phát minh ra súng bắn tốc độ Hiệu ứng Doppler là một hiệu ứng vật lý, đặt tên theo ChristianAndreas Doppler, trong đó tần số và bước sóng của các sóng âm, sóng điện từhay các sóng nói chung bị thay đổi khi mà nguồn phát sóng chuyển độngtương đối với người quan sát. Nhà thiên văn học John Dobson giải thích hiệu ứng Doppler khi nghe tiếngcòi xe: lý do mà tiếng còi giảm là do xe không tông bạn? Đối với sóng chuyển động trong một môi trường, như sóng âm, nguồnsóng và người quan sát đều có thể chuyển động tương đối so với môi trường. Hiệuứng Doppler lúc đó là sự tổng hợp của hai hiệu ứng riêng rẽ gây ra bởi hai chuyểnđộng này. Cụ thể, nếu nguồn di động trong môi trường phát ra sóng với tần số tạinguồn là f0, một người quan sát đứng yên trong môi trường sẽ nhận được tần số f: với c tốc độ lan truyền của sóng trong môi trường, v là thành phần vận tốcchuyển động của nguồn so với môi trường theo phương chỉ đến người quan sát(âm nếu đi về phía người quan sát, dương nếu ngược lại). Tần số tăng lên khi nguồn tiến về phía người quan sát, và giảm đi khi nguồnđi ra xa người quan sát. Tương tự, khi nguồn đứng im còn người quan sát chuyển động: Đối với sóng điện từ (ví dụ ánh sáng), lan truyền mà không cần môi trường,hiệu ứng Doppler được tính toán dựa vàothuyết tương đối. Phân Tích Trong hiệu ứng Doppler thật ra tần số của nguồn sóng không bị thay đổi. Đểhiểu rõ nguyên nhân tạo ra hiệu ứng Doppler, sự thay đổi tần số, ta lấy ví dụ củahai người ném bóng. Người A ném bóng đến người B tại một khoảng cách nhấtđịnh. Giả sử vận tốc trái bóng không đổi và cứ mỗi phút người B nhận được x sốbóng. Nếu người A từ từ tiến lại gần người B, anh ta sẽ nhận được nhiều bóng hơnmỗi phút vì khoảng cách của họ đã bị rút ngắn. Vậy chính số bước sóng bị thay đổinên gây ra sự thay đổi tần số. Ứng Dụng Một microphone cố định thu âm tiếng của xe cảnh sát tại độ ngân khác nhautùy thuộc vào hướng tương đối của chúng Thường ngày Một tiếng còi trên xe cấp cứu tiến đến ta sẽ có tần số cao hơn (chóihơn) khi xe đứng yên. Tần số này giảm dần (trầm hơn) khi xe vượt qua ta vànhỏ hơn bình thường khi xe chạy ra xa. Nhà thiên văn học John Dobson giải thích hiện tượng trên: lý do mà tiếngcòi giảm là do xe không tông bạn. Nói cách khác, nếu chiếc xe đi theo phương thẳng tới bạn, tần số sẽ vẫn giữnguyên (vì thành phần vận tốc v theo phương chỉ tới bạn không đổi) cho đến khichúng vượt qua bạn, thì lập tức chuyển sang tần số thấp hơn. Sự khác biệt giữa tầnsố cao lúc tiến đến so với tần số chuẩn của còi đúng bằng sự khác biệt giữa tần sốthấp lúc ra xa so với tần số chuẩn. Khi chiếc xe không tông vào bạn mà chỉ qua mặtbạn, thành phần vận tốc theo phương chỉ tới bạn không giữ nguyên do phương nàyluôn thay đổi tùy thuộc vị trí của xe: Trong đó v là thành phần vận tốc của xe theo phương chỉ tới bạn, v0 là tốcđộ của xe và θ là góc giữa hướng di chuyển của xe và hướng nối từ xe đến bạn. Súng bắn tốc độ Sử dụng cơ chế radar và hiệu ứng Doppler, phát ra một bước sóng radio cótần số xác định f0 rồi thu nhận tần số sóng radio f1 phản xạ ngược trở lại từphương tiện giao thông đang di chuyển với vận tốc u. Từ f0 và f1 ta sẽ tính ra đượcvận tốc của phương tiện giao thông đó.nv