Ефект Доплера для світлових хвиль



ФІЗИКА

Частина 4

ОПТИКА. СПЕЦІАЛЬНА ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ

Розділ 14 ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ СВІТЛА. ОСНОВИ СПЕЦІАЛЬНОЇ ТЕОРІЇ ВІДНОСНОСТІ

14.13. Ефект Доплера для світлових хвиль

У першій частині ми розглянули явище Доплера для звуку. Було показано, що частота прийнятих спостерігачем коливань залежить від руху джерела коливань і від руху спостерігача (приймача). Аналогічний ефект відбувається і для світлових хвиль, де зміна частоти приводить до зміни кольору. При цьому спостерігається зміщення спектральних ліній до червоної частини

спектра при русі джерела від спостерігача і до синьої – при русі до нього.

Проте між звуковим і світловими явищами Доплера є принципова відмінність. Для звуку було істотним, щоб джерело і приймач рухалися відносно середовища, в якому поширюються коливання (повітря).

Для світла, як показав дослід Майкельсона, рух джерела або приймача відносно ефіру не може бути виявлений. Для світла істотним є тільки відносний рух джерела і спостерігача, оскільки швидкість світла відносно будь-якого джерела є величиною сталою.

Щоб правильно визначити формулу для світлового ефекту Доп – лера, слід виходити з теорії

відносності. Оскільки тут відіграє роль тільки відносна швидкість джерела і приймача, то такою формулою є:

Ефект Доплера для світлових хвиль

Де ν і ν’ – частоти світла, що випромінюється джерелом і сприймається приймачем; υ – відносна швидкість джерела і приймача. Якщо υ ” с, то формулу (14.27) можна спростити:

Ефект Доплера для світлових хвиль

Звідси, нехтуючи членами другого порядку малості, дістанемо

Ефект Доплера для світлових хвиль

У формулі (14.29) знак “+” означає наближення джерела до приймача, тоді частота прийнятого світла збільшиться, довжина хвилі зменшиться, лінії в спектрі зміщуватимуться до фіолетової частини. Знак “-” відповідає віддаленню джерела від приймача, тоді частота прийнятого сигналу зменшиться, а довжина хвилі збільшиться, лінії в спектрі зміщуватимуться до червоної частини. Швидкість тіл, які трапляються в природі, звичайно дуже малі порівняно зі швидкістю світла, тому явище Доплера для світлових хвиль можна спостерігати лише за допомогою чутливої спектральної апаратури.

Явище Доплера дає змогу визначити швидкість руху зірок за зміщенням ліній в їхньому спектрі. Часто спектральні лінії є розширеними. Це може вказувати на обертання зірки: протилежні краї зірки рухаються один назустріч Землі, а другий – від неї, тоді як різні проміжні точки диска зірки мають будь-які складові швидкостей за променем зору. Внаслідок того, що в спектроскопі фіксується сумарна картина, спектральна лінія буде розширеною. Отже, дослідження будови спектральних ліній дають змогу робити висновки про рух зірок, обертання їх, а інколи виявляють складну будову зіркових систем (подвійні зірки).

Досі йшлося про явище Доплера, що спостерігається при наближенні або віддаленні джерела світла і приймача (поздовжній ефект Доплера). Проте з теорії відносності випливає необхідність існування так званого поперечного ефекту Доплера, який має спостерігатися при русі джерела в напрямі, перпендикулярному до лінії, що з’єднує джерело світла зі спостерігачем. Такий ефект спостерігається, наприклад, при русі джерела по колу, в центрі якого розміщується приймач.

Існування поперечного ефекту Доплера було експериментально підтверджено 1938 р. під час спостереження світіння у каналових променів, що приводить до розширення спектральних ліній унаслідок руху атомів і молекул.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...


Зони сільськогосподарської спеціалізації сша.
Ви зараз читаєте: Ефект Доплера для світлових хвиль