Понимание эффекта Доплера для света: всестороннее руководство
Доплеровский-сдвиг,-также-известный-как-эффект-Доплера,-является-захватывающим-явлением,-которое-влияет-на-волны,-включая-звук,-свет-и-даже-радиоволны.-Хотя-концепция-проста-при-применении-к-звуковым-волнам-—-вспомните-изменяющийся-тон-сирены-проезжающей-машины-скорой-помощи-—-её-применение-к-световым-волнам-немного-более-тонкое,-но-не-менее-увлекательное. Когда-мы-говорим-о-Доплеровском-сдвиге-для-света,-мы-имеем-в-виду-изменение-частоты-(или-длины-волны)-света-от-источника,-который-движется-относительно-наблюдателя.-Формула-для-расчета-наблюдаемой-длины-волны-(λobs)-при-движении-источника-от-наблюдателя-такова: Формула:- Вот-разбивка-терминов: Чтобы-лучше-это-понять,-давайте-рассмотрим-каждый-компонент: Излученная-длина-волны-—-это-длина-волны-света,-когда-он-покидает-источник.-Например,-если-мы-наблюдаем-за-звездой,-λ0-будет-длиной-волны-света,-излучаемого-этой-звездой. Компонент-скорости-является-ключевым.-Если-источник-движется-к-наблюдателю,-наблюдаемая-длина-волны-уменьшится-(синий-сдвиг).-Если-удаляется,-наблюдаемая-длина-волны-увеличится-(красный-сдвиг). Это-постоянное-значение,-3-x-108-метров-в-секунду.-Скорость-света-—-это-критическая-постоянная-в-физике,-обеспечивающая-пропорциональность-в-нашем-уравнении. Давайте-рассмотрим-пример-из-реальной-жизни-для-большей-конкретики.-Представьте-себе-далекую-галактику,-движущуюся-от-нас-со-скоростью-50-000-километров-в-секунду-(v-=-50-000-000-метров-в-секунду).-Допустим,-галактика-излучает-свет-с-длиной-волны-500-нанометров-(нм)-или-500-x-10-9-метров. Подставим-эти-значения-в-нашу-формулу: Формула:- Рассчитаем-по-шагам: 1.-Вычислите-отношение:-50-000-000-/-300-000-000-=-0.1667 2.-Добавьте-1-к-отношению:-1-+-0.1667-=-1.1667 3.-Умножьте-на-излученную-длину-волны:-500-x-10-9-*-1.1667-≈-583-x-10-9-метров Итак,-наблюдаемая-длина-волны-(λobs)-будет-примерно-583-нанометра,-что-указывает-на-красный-сдвиг. Доплеровский-сдвиг-для-света-имеет-фундаментальное-значение-для-нашего-понимания-вселенной.-Астрономы-полагаются-на-красные-и-синие-сдвиги-для-определения-движения-и-скорости-звезд,-галактик-и-даже-скорости-расширения-вселенной.-Это-было-ключевым-моментом-в-подтверждении-теории-расширяющейся-вселенной. Красный-сдвиг-возникает,-когда-длина-волны-света-увеличивается-вследствие-отдаления-источника-от-наблюдателя.-Это-ключевой-показатель-объектов,-отдаляющихся-во-вселенной. Синий-сдвиг-является-противоположным-явлением;-он-происходит,-когда-длина-волны-уменьшается-при-приближении-источника-к-наблюдателю,-из-за-чего-свет-кажется-более-синим. Для-света-Доплеровский-сдвиг-превращается-в-изменения-цвета-(длины-волны),-а-не-тональности-(частоты).-Принципы,-однако,-остаются-похожими. Давайте-рассмотрим-еще-один-пример-для-ясности: Исходные-данные: Вычисления: Результат: Значительный красный сдвиг, указывающий на то, что источник удаляется.Понимание-Доплеровского-сдвига-для-света:-глубокое-погружение
Объяснение-формулы:-Доплеровский-сдвиг-для-света
λobs-=-λ0-*-(1-+-v/c)
Погружение-в-детали
1.-Излученная-длина-волны-(λ0)
2.-Скорость-источника-(v)
3.-Скорость-света-(c)
Применение-формулы
λobs-=-500-x-10-9-*-(1-+-50,000,000-/-3-x-108)
Почему-это-важно:-Общая-картина
Часто-задаваемые-вопросы-(FAQ)
Q1:-Что-такое-красный-сдвиг?
Q2:-Что-такое-синий-сдвиг?
Q3:-Чем-Доплеровский-сдвиг-для-света-отличается-от-звука?
Примеры-вычислений
Пример-1:
Tags: Астрономия, Физика, Свет