Question

Что такое продольный нерелятивистский эффект Доплера, (на пальцах)?

Сразу предупрежу, вопрос провокационный. Я профессиональный физик и ответ знаю. Как-то раз пришлось кузине гуманитарию его объяснять. Мне просто интересно, насколько ещё в России сохранились физики с подвижным, живым мышлением. С удовольствием поспорю и обсужу результаты.

Answer 1

Я не физик (а даже химик :), но осмелюсь предположить, что продольный нерелятивистский эффект Доплера - это изменение частоты колебаний при движении источника и/или приемника этих волн. Примеров много, начиная от старинного - когда на железнодорожной платформе был духовой оркестр, а вдоль путей стояли люди с абсолютным слухом. Слово "нерелятивистский", очевидно, означает, что скорости движения далеки от скорости света и формулу Лоренца применять не нужно. Ну, а продольным эффект называется потому, что движение источника волн и/или их приемника происходит вдоль линии, которая их соединяет (например, это изменение высоты тона гудка локомотива для наблюдателя, стоящего не на рельсах :), а где-то в стороне, не является продольным эффектом.

Answer 2

Представим источник колебаний (неважно каких, механических, звуковых (те же механические, но в воздухе или в другой среде) или электромагнитных). Пусть этот источник будет "всенаправленный", равномерно распространяющий колебания во всех направлениях и рассмотрим распространение этих колебаний "в разрезе", то есть, на плоскости. В виде концентрических колец колебания расходятся от источника. Теперь, придадим источнику равномерное движение. Мы увидим, что число волн на единицу длины, излученных источником, будет разным, "спереди и сзади" (то есть, по направлению движения и назад - против направления движения). А почему это? А дело в том, что волны распространяются с конечной скоростью, а это значит, что на единицу длины приходится строго определенное их число. А если источник колебаний движется, то на единицу длины впереди источника, будет приходится больше таких колебаний, ибо во время излучения оных, источник сместился и, тем самым, сократил расстояние. Аналогично, позади себя, он эту дистанцию увеличил и на единицу дины пришлось уже меньше колебаний.

Мы даже можем провести физический эксперимент, наглядно это показывающий. Если "поплавку", равномерно движущемуся вверх и вниз (в воде) придать скорость, то мы увидим, что волны от поплавка, впереди него, будут как бы сжиматься гармошкой, а сзади как бы растягиваться.

А для наблюдателя спереди (или сзади) это будет восприниматься как более короткий период колебаний (или, соответственно) более длинный.

В случае звука, будет либо повышение тона, либо понижение.

В случае света, будет либо "посинение", либо покраснение. В астрономии даже есть такой термин - "красное смещение", это когда звезда удаляется от нас с большой скоростью и её спектр как бы "смещается" в "область красного цвета".

А теперь изюминка. - Согласно принципу относительности, не имеет значения, движется ли источник колебания или приемник этих колебаний, в роли которого можем быть мы, собственной персоной. То есть, эффект Доплера будет проявляется как в случае движения источника, приемника или одновременного движения обоих - на разность скоростей движения и будет проявляться этот эффект.

Answer 3

Я сам учился на физфаке. Вот только давненько это было. Из студенческих воспоминаний помню, что эффект Доплера связан с волнами. Типа принцип работы локаторов основан на эффекте Доплера. Локатор посылает в небо волну, и, если волна обо что-то ударяется (например самолет), то это отображается на экране.

А вот такие слова, как "продольный нерелятивистский" - это моя память уже забыла.

А вообще приятно встретить на БВ физика.

Answer 4

1. Определимся с понятиями. Как наглядно человеку не очень знакомому с физикой объяснить, что такое волновой процесс? Ну, можно, примерно так. Гармоническая волна это повторение некоторого определенного состояния через определенный промежуток времени.
2. Теперь представим установку. В ней есть "пушка", которая каждую секунду выстреливает по шарику. Перед пушкой на некотором расстоянии есть экран, о который эти шарики шлепаются. Собственно, последовательные шлепки шариков экран, это и есть примитивная модель волнового процесса. Если экран неподвижен, и шарики катятся к нему с постоянной скоростью, то мы будем слышать шлепки каждую секунду.
3. Теперь начнем отодвигать экран с постоянной скоростью. В таком случае первый шарик ударится в экран в момент t0, а вот второй ударится уже не через секунду, а чуть позже, поскольку ему необходимо будет докатиться то расстояние, на которое сместился экран, пока он катился. То есть получаем увеличение интервала между шлепками или, что тоже самое удлиннение волны. Аналогично можно получить укорочение, если экран придвигается к пушке.

Вот как-то так...