Thứ Sáu, 1 tháng 3, 2013

Hiệu ứng Doppler là gì?



Hiện tượng: khi một chiếc xe (hay một nguồn phát tiếng động) đi về phía bạn, bạn sẽ cảm thấy tiếng của nó mạnh dần lên và khi nó vượt qua rồi chạy ra xa khỏi bạn thì bạn sẽ thấy tiếng của nó giảm dần đi.

Câu hỏi: có bao giờ bạn tự hỏi tại sao nguồn phát ra tiếng động (tiếng xe chạy) không đổi nhưng tai bạn lại nghe thấy sự thay đổi của tiếng động đó hay không?

BÀN LUẬN

Âm thanh và sự dịch chuyển

Khi chúng ta đang di chuyển, hoặc khi nguồn phát ra âm thanh di chuyển, chúng ta sẽ nghe thấy sự thay đổi của âm thanh truyền đến tai. Bạn có thể cảm thấy tiếng động cơ xe hoặc tiếng còi tàu ngày càng nhỏ hơn khi nó đi ra xa khỏi bạn.  Cường độ của tiếng còi tàu không thay đổi, nhưng bạn lại nghe thấy nó thay đổi. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Doppler. Hiệu ứng  Doppler được đặt theo tên của một nhà vật lý học người Áo, Christian Johann Doppler, là người đã phát hiện ra nó.

Christian Johann Doppler đã phát hiện ra điều gì?

Doppler cho rằng nếu tiếng động đi đến gần bạn, có thể là do nguồn phát ra nó tiến đền gần bạn hoặc bạn đi về phía phát ra tiếng động thì cường độ của nó sẽ có vẻ như tăng lên hơn cường độ thật sự của nó. Nếu bạn đi ra xa khỏi nguồn phát ra tiếng động hoặc nếu như nó đi ra xa khỏi bạn, Doppler cho rằng âm thanh mà bạn nghe được có vẻ như  có cường độ thấp hơn cường độ thật sự của nó. Để kiểm tra lại giả thuyết của Doppler, các nhà khoa học đã thuê những người thổi kèn Trumplet chơi kèn trên một chiếc xe lửa và họ nhận ra rằng khi chiếc xe lửa chạy ra xa khỏi họ thì cường độ của tiếng kèn giảm xuống, y như những gì Doppler đã tiên đoán.

Hiệu ứng Doppler xảy ra do khoảng cách tác động đến khoảng thời gian mà bạn cần có để nghe được âm thanh. Hãy tưởng tượng bạn đang chơi trong công viên với một người bạn, và anh ta đứng từ xa lăn trái banh về phía bạn. Nếu bạn tiến về phía trái banh thì bạn sẽ bắt được nó sớm hơn, nhưng nếu bạn đi ra xa khỏi trái banh thì bạn sẽ bắt được nó muộn hơn. Hiện tượng này cũng xảy ra tương tự đối với âm thanh.  Nhắc lại 2 đại lượng của sóng âm:


  1. Bước sóng: là khoảng cách của một lần nén và một lần dãn. Là khoảng cách giữa hai đỉnh hoặc hai đáy sóng nằm liền kề nhau

  2. Tần số: là số bước sóng trong 1 đơn vị thời gian (1 giây).


Do đó, nếu như bạn nghe 1 sóng âm có cùng 1 tần số nhưng với thời gian ngắn hơn, như vậy sẽ có vẻ như là bạn đang nghe sóng âm đó với tần số cao hơn. Chẳng hạn như, nếu bạn nghe được một âm có 50 bước sóng khi nó di chuyển được đến bạn, nó phải mất 5 giây để di chuyển đến tai bạn. Như vậy tần số của sóng âm là 50:5 = 10 Hertz. Hãy thử tưởng tượng bạn cũng nghe âm thanh đó, nhưng lần này bạn di chuyển về nơi phát ra tiếng động, như vậy thì sóng âm chỉ phải mất 2 giây để cho 50 bước sóng đi đến tai bạn. Lần này, tần số của sóng âm mà bạn nghe được sẽ là 50:2 = 25 Hertz. Tần số có vẻ như cao hơn do bạn di chuyển. Nếu bạn không di chuyển, sau 2 giây, chỉ có 20 bước sóng đi đến tai bạn, và do đó, tần số sóng âm vẫn chỉ la 10 Hertz.

Hiện tượng ngược lại sẽ xảy ra khi khoảng cách giữa bạn và nguồn phát sóng tăng lên. Khi đó, sóng âm sẽ phải mất nhiều thời gian hơn để cùng một số bước sóng đi đến được tai bạn. Do đó, tần số sẽ có vẻ như thấp hơn. Như vậy, hiệu ứng Doppler làm cho cường độ của sóng thay đổi khi bạn, hoặc nguồn phát sóng, đang di động.
Như vậy, hiệu ứng Doppler được phát biểu như sau:

  • Nếu sóng được phát ra từ nguồn phát cố định đến một đầu thu cố định thì tần số thu bằng tần số phát.

  • Nếu khoảng cách giữa đầu thu và đầu phát thay đổi trng khoảng thời gian thu sóng (thời gian sóng truyền đến đầu thu) thì bước sóng sẽ dài ra hoặc ngắn lại: ngắn lại trong trường hợp đầu thu và phát lại gần nhau và dài ra trong trường hợp ra xa nhau.


0 nhận xét:

Đăng nhận xét