ما هي ظاهرة دوبلر

ما هي ظاهرة دوبلر من خلال مقالنا سنتعرف عليها حيث تعتبر مجموعة من التغيرات الظاهرية التي تحدث في الترددات الأطوال الموجية كل ذلك في هذه السطور التالية.

ما هي ظاهرة دوبلر

ظاهرة دوبلر أو تأثير دوبلر Doppler Effect هي سلسلة من التغيرات الظاهرية التي تطرأ على الترددات أو الأطوال الموجية الخاصة بالأمواج عند رصدها بواسطة مراقب متحرك بالنسبة للمصدر الموجي، وتعود سبب تسميته إلى الفيزيائي النمساوي دوبلر عام 1842م. تتطلّب ظاهرة دوبلر ضرورة ثبات المشاهد ليتمكن من تسجيل التغيرات التي تحدث على الأطوال الموجية للموجات القادمة إليه من مختلف المصادر؛ سواء كانت صوتية أو ضوئية، وبناءً على ما يرصده المشاهد يتحدد فيما إذا كان الجسم في طريقه للاقتراب أو الابتعاد.

انزياح دوبلر

• عندما يتحرك المصدر والراصد في أتجاه بعضهما البعض، يزداد التردد الظاهري للموجة. وعندما يتحرك المصدر والراصد متباعدين عن بعضهما البعض يبدو تردد الموجة وكأنه يتناقص.
• المصدر ينتج أمواج عادية بطول موجي ‘λ وبسرعة C في أتجاه الراصد من أجل توضيح ذلك لنتخيل وضعين مختلفين. الأول، نأخذ بالاعتبار مصدر ثابت مع راصد متحرك، يتجه الراصد نحو المصدر بسرعة u يصدر المصدر صوتاً في الهواء بطول λ، والتي هي المسافة الفيزيائية بين مقدمات الأمواج.
• التردد المقاس عندها هو المعدل الذي يعبر فيه الراصد مقدمات الأمواج. وإذا كان الراصد ثابت هذا يعني: λ=cfλ=cf من معادلة الموجة، c هي سرعة الموجة وf هو التردد الصادر من الموجة.
• لراصد يتحرك بسرعة u باتجاه مصدر ثابت ستصل الموجة بسرعة تساوي c+uc+u، المسافة بالنسبة للراصد بين مقدمات الأمواج تظل λ، وبذلك تصبح معادلة الموجة: λ=c+uνλ=c+uν حيث v هو تردد الصوت الذي سمعه الراصد. وبما أن المسافة بين مقدمات الأمواج λ لا تتغير، لذا يمكن مساواة هاتين المعادلتين كالتالي: λ=c+uν=cfλ=c+uν=cf بالقليل من الترتيب نحصل على المعادلة التقليدية لانزياح دوبلر: ν=f(1+uc)ν=f(1+uc)
• هنا u موجبة حين يتحرك الراصد باتجاه المصدر وسالبة عندما يتراجع الراصد عن المصدر. المصدر ينتج أمواج عادية بطول موجي ‘λ وبسرعة C في أتجاه الراصد
• ثانيا، ماذا لو كان المصدر يتحرك باتجاه الراصد، عندها ستبقى الموجة تتحرك بالسرعة C، كما تتحدد سرعة الموجة حسب الوسط الذي تنتقل فيه الموجة وهي مستقلة عن سرعة المصدر. ولكن سينقص الطول الموجي، هذا لأنه
• في إطار المصدر يتم اصدار مقدمات الموجة عند المعدل ذاته للمصدر الثابت، ولكن عند الزمن الذي يتم إصدار مقدمات الموجة فيه، يكون المصدر قد تحرك، لذلك في هذه الحالة تكون كل مقدمة موجة أقرب إلى سابقتها بالمقارنة مع حالة انعدام الحركة. يمكن إيجاد النقصان في λ من خلال أخذ المسافة بين المصدر وآخر مقدمة بينما تصدر المقدمة التالية.
• عند هذه النقطة يكون قد مر زمن 1/f وآخر مقدمة موجية تبتعد عن المصدر بسرعة نسبية c-u هذا يعني المسافة التي قطعتها قبل اصدار المقدمة التالية وهي الطول الموجي الجديد λ’λ′ ويساوي: λ’=c−ufλ′=c−uf للراصد الساكن، تتحرك هذه الأمواج بالسرعة c، بطول موجي λ’λ′، هذا يؤدي إلى علاقة جديدة ل λ’λ′: λ’=cvλ′=cv حيث λ’λ′ هي الطول الموجي المزاح، كما ذكر مسبقا. مرة ثانية يمكننا مساواة قيم λ’λ′، وهذا يؤدي إلى: ν=f1−ucν=f1−uc اخترنا u سابقاً لتكون موجبة عندما يقترب المصدر من الراصد وسالبة عند تراجع المصدر. من كلا
• المعادلتين اللتين قمنا باشتقاقهما، حيث u صغيرة بالمقارنة مع C ، باستخدام توسع ذو حدين في الحالة الثانية يمكن أن يتبين لدينا: Δff=ΔvcΔff=Δvc حيث Δv هي السرعة النسبية للراصد والمصدر، تكون موجبة عندما يتقاربان، وسالبة عند يتباعدان، و Δf هو التغير الناتج في التردد. تتشابه الحالتان عندما تكون u<

مسائل على ظاهرة دوبلر

أقدم لكم ثلاثة اسئله على ظاهرة دوبلر

س1/اوجد سرعة سياره بالنسبه لمستمع ساكن اذا كان هذا المستمع يلاحظ انخفاض قدره 100 هرتز عند مرور السياره به مع العلم انها تصدر نغمه ترددها 1000 هرتز وسرعة الصوت في الهواء 342 متر \ ثانيه
(ج=38 متر \ ثانيه)
س2/سيارتان احدهما تقترب من راصد ساكن بسرعه 15 م \ ثا ويبعث منبهها موجه صوتيه ترددها 200هرتز والاخرى تبتعد عن الراصد نفسه بسرعه 10 م \ ثا ويبعث منبهها موجه صوتيه ترددها 210 هرتز احسب عدد الضربات التي يسمعها الراصد في الثانيه الواحده علما ان سرعة الصوت في الهواء 340 م \ ثا
(ج= 5.2 ضربه \ ثا )
س3/مصدر مصوت يبعث صوت بتردد 170 هرتز ويتحرك هذا المصدر نحو اليمين بانطلاق 4 متر \ ثانيه وهناك سطح عاكس على يمين المصدر ويتحرك نحو اليسار بانطلاق 2 متر \ ثانيه فاذا كان هناك سامع واقف بين المصدر المصوت والسطح العاكس ما تردد الضربات التي يسمعها علما ان انطلاق الصوت في الهواء 334 متر \ ثانيه
(ج=2 ضربه \ ثانيه)

تطبيقات تأثير دوبلر

هنالك عدة تطبيقات على ظاهرة دوبلر مثل استخدامه في الفلك والطب والرادار
1-مثلا في الفلك
استخدمت ظاهرة دوبلر في علم الفلك في عدة أمور ومنها : يستخدم الفلكيون ظاهرة دوبلر في قياس سرعة النجوم والمجرات بالنسبة للأرض وإذا كانت مقتربة منا أو مبتعدة عنا من خلال قياس تردد الأشعة الكهخرومغناطيسية الصادرة عن النجوم ومقارنتها بتلك الترددات الصادرة عندما تكون في المختبر أي ثابتة بالنسبة للمراقب ،وظاهرة دوبلر تعتمد على السرعة النسبية بين المصدر والمراقب.
2- الرادار
يستعمل تأثير دوبلر في بعض أنواع الرادارات . يستخدم شرطة المرور ظاهرة دوبلر في تقدير سرعة السيارات على الطريق من مقارنة الترددات الصوتية الصادرة عن محرك السيارة بمقارنة الترددات للسيارة الثابتة والسيارة المتحركة ومن ثم حساب قيمة السرعة للسيارة.+
3- الطب :
لقياس سرعه حركه جدار قلب الجنين بجهاز الموجات فوق الصوتيه.