Christian Andreas Doppler (1803-1853)

Christian Andreas Doppler (1803-1853)

Ví dụ : một tiếng còi xe tiến đến gần, chúng ta sẽ nghe chói hơn (tần số cao hơn) khi xe đứng yên. Tần số này giảm dần (trầm hơn) khi xe chạy ra xa.

 Hiệu ứng Doppler có nhiều ứng dụng . Súng bắn tốc độ là sử dụng cơ chế radar và hiệu ứng Doppler. Một máy phát sóng cực ngắn có tần số f₁ hướng về phía xe đang chạy. Sóng phản xạ lại từ các bộ phận kim loại của xe mà máy thu nhận có tần số f₂. Từ f₁ và f₂ ta sẽ tính ra được vận tốc của phương tiện giao thông đó.
Trong y khoa, siêu âm Doppler là phương pháp ứng dụng hiệu ứng Doppler. Người ta phát sóng siêu âm tới bộ phận cần khảo sát chức năng và thu hồi sóng phản xạ. Từ sự khác biệt tần số tới và phản hồi ta sẽ có các thiết bị xử lý và hiển thị lên màn ảnh. Ảnh này cho biết chức năng hoạt động của các cơ quan ra sao.

Hiệu ứng Doppler còn thể hiện trong các hiện tượng quang học. Khi một vật chuyển động ra xa người quan sát thì tần số ánh sáng do vật phát ra giàm đi, nghĩa là bước sóng ánh sáng tăng lên, tương ứng với sự dịch chuyển màu sắc về phía đỏ. Người ta gọi đó là hiện tượng “ dịch chuyển vế phía đỏ”

Chương trình vật lý 12 nâng cao, đã đưa vào hiệu ứng Doppler ở bài 18. Một số bài toán sau đây giúp chúng ta vận dụng hiệu ứng Doppler .
Bài 1 : Một nguồn phát âm có tần số 1000Hz tiến về phía người quan sát với tốc độ 59km/h. Hỏi người quan sát nhận được âm có tần số bao nhiêu ? Cho vận tốc truyền âm trong không khí là 340m/s.

HD : Áp dụng công thức 18.3 SGKVL12NC cho trường hợp nguồn âm chuyển động lại gần người quan sát đứng yên :
Bài 2 : Tai người cảm nhận được sóng âm có tần số từ 20Hz đến 20KHz. Một cái còi phát sóng siêu âm có tần số 22KHz đặt trên xe chạy với tốc độ bao nhiêu theo hướng ra xa hay đến gần thì tai người quan sát bắt đầu nghe được tiếng còi ?

HD : Để tai bắt đầu nghe được tiếng còi thì tần số sóng siêu âm phải giảm xuống còn 20KHz, do đó xe phải chạy theo hướng ra xa người quan sát. Áp dụng công thức 18.4 SGKVL12NC cho trường hợp nguồn âm chuyển động ra xa người quan sát đứng yên :


Bài 3 : Để đo tốc độ của ôtô, người ta dùng máy đo tốc độ. Máy phát siêu âm tần số f₁ = 32KHz hướng về phía ôtô đang tiến về phía người. Sóng phản xạ từ ôtô mà máy đo thu được là f₂ = 34KHz. Xác định tốc độ và hướng chuyển động của ôtô . Biết tốc độ âm trong không khí là 330m/s
HD : Máy thu được sóng có tần số lớn hơn khi phát ra nên ôtô chuyển động lại gần máy thu.

* Sóng từ máy đo đến ôtô : máy đo đóng vai trò nguồn phát âm đứng yên phát sóng tần số f₁, ôtô đóng vai trò máy thu chuyển động với tốc độ u. Ôtô nhận được sóng có tần số f ^/ :

* Sóng từ ôtô phản xạ lại máy đo : ôtô đóng vai trò nguồn phát sóng chuyển động có tần số f ^/, máy đo đóng vai trò máy thu đứng yên. Máy thu nhận được sóng có tần số f₂ :

Suy ra :

* Sóng từ máy đo đến ôtô : máy phát âm đứng yên phát sóng tần số f₁, ôtô đóng vai trò máy thu chuyển động với tốc độ u. Ôtô nhận được sóng có tần số f ^/ :

* Sóng từ ôtô phản xạ lại máy đo : ôtô đóng vai trò nguồn phát sóng chuyển động có tần số f ^/, máy thu đứng yên. Máy thu nhận được sóng có tần số f₂ :

Suy ra :