Понимание эффекта Доплера для света: всестороннее руководство


Вывод: нажмите рассчитать

Понимание-Доплеровского-сдвига-для-света:-глубокое-погружение

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.

Объяснение-формулы:-Доплеровский-сдвиг-для-света

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:-λobs-=-λ0-*-(1-+-v/c)

Вот-разбивка-терминов:

Погружение-в-детали

Чтобы-лучше-это-понять,-давайте-рассмотрим-каждый-компонент:

1.-Излученная-длина-волны-(λ0)

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.

2.-Скорость-источника-(v)

Компонент-скорости-является-ключевым.-Если-источник-движется-к-наблюдателю,-наблюдаемая-длина-волны-уменьшится-(синий-сдвиг).-Если-удаляется,-наблюдаемая-длина-волны-увеличится-(красный-сдвиг).

3.-Скорость-света-(c)

Это-постоянное-значение,-3-x-108-метров-в-секунду.-Скорость-света-—-это-критическая-постоянная-в-физике,-обеспечивающая-пропорциональность-в-нашем-уравнении.

Применение-формулы

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:-λobs-=-500-x-10-9-*-(1-+-50,000,000-/-3-x-108)

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.

Почему-это-важно:-Общая-картина

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.

Часто-задаваемые-вопросы-(FAQ)

Q1:-Что-такое-красный-сдвиг?

Красный-сдвиг-возникает,-когда-длина-волны-света-увеличивается-вследствие-отдаления-источника-от-наблюдателя.-Это-ключевой-показатель-объектов,-отдаляющихся-во-вселенной.

Q2:-Что-такое-синий-сдвиг?

Синий-сдвиг-является-противоположным-явлением;-он-происходит,-когда-длина-волны-уменьшается-при-приближении-источника-к-наблюдателю,-из-за-чего-свет-кажется-более-синим.

Q3:-Чем-Доплеровский-сдвиг-для-света-отличается-от-звука?

Для-света-Доплеровский-сдвиг-превращается-в-изменения-цвета-(длины-волны),-а-не-тональности-(частоты).-Принципы,-однако,-остаются-похожими.

Примеры-вычислений

Давайте-рассмотрим-еще-один-пример-для-ясности:

Пример-1:

Исходные-данные:

  • λ0-=-400-нм-(4-x-10-7-метров)
  • v-=-30-000-км/с-(30-000-000-м/с)
  • c-=-300-000-км/с-(3-x-108-метров-в-секунду)

Вычисления:

  • Отношение:-30-000-000-/-300-000-000-=-0.1
  • Добавление-1:-1-+-0.1-=-1.1
  • Наблюдаемая длина волны: 4 x 10 7 метров * 1.1 = 4.4 x 10 7 метров или 440 нм

Результат: Значительный красный сдвиг, указывающий на то, что источник удаляется.

Tags: Астрономия, Физика, Свет