Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
§ 7. Явление Доплера для световых волнВ разделе акустики уже указывалось, что частота воспринимаемых наблюдателем колебаний зависит от движения источника колебаний и от движения наблюдателя. Аналогичный эффект Доплера наблюдается и для световых волн. В случае световых волн изменение частоты сказывается на изменении цвета, т. е. как смещение спектральных линий к красной части спектра при движении источника от наблюдателя и к синей — при движении к наблюдателю. Однако между звуковым явлением Доплера и световым есть принципиальное различие. В случае звука было существенным движение источника и наблюдателя по отношению к среде, в которой происходит распространение колебаний (воздух). В случае света, как показывает опыт Майкельсона, совместное движение источника и наблюдателя по отношению к эфиру не может быть обнаружено. Для света существенным является только относительное движение источника и наблюдателя, поскольку скорость света по отношению к любому источнику постоянна. В этом случае для получения правильной формулы надо исходить из теории относительности, поэтому мы ограничимся написанием уже готовой формулы. Поскольку в данном случае играет роль только относительная скорость источника и наблюдателя, формула для светового эффекта Доплера получается одна, причем уже не приближенная, а точная:
где В самом деле,
с точностью до величин второго порядка. Благодаря тому что скорости тел, встречающиеся в природе, обычно весьма малы по сравнению со скоростью света, явление Доплера у световых волн можно, вообще говоря, наблюдать лишь при помощи чувствительной спектральной аппаратуры. А. А. Белопольский в 1900 г. при помощи остроумного приема обошел это затруднение и дал первое экспериментальное доказательство существования эффекта Доплера для световых волн. Надо сказать, что под влиянием неудач при попытках экспериментального обнаружения этого явления некоторые физики к тому времени стали даже сомневаться в существовании эффекта Доплера для световых волн.
Рис. 10. Схема опыта Белопольского. В опытах А. А. Белопольского источник света (Солнце) мог считаться неподвижным по отношению к спектральному прибору, но свет от источника наблюдался только после многократных отражений от двух движущихся зеркал. Нетрудно видеть, что изображение источника света в подвижном зеркале двигается со скоростью, в 2 раза большей скорости зеркала. При многократных отражениях этот эффект усиливается в соответствующее число раз и, таким образом, можно получить изображение источника света, движущееся с весьма значительной скоростью (в опытах А. А. Белопольского — до На рис. 10 дана оригинальная схема его прибора. «Прибор состоит из двух колес наподобие мельничных или пароходных со стеклянными зеркальными лопастями. Оси колес параллельны и сцеплены зубчатыми колесами так, что вращаются одновременно с равными скоростями, но в разные стороны. Пучок солнечных лучей Явление Доплера позволяет определять скорости движения звезд по измерению смещения линий в их спектрах. Часто спектральные линии звезды являются расширенными. Это может указывать на вращение звезды: противоположные края звезды движутся один навстречу Земле, а другой — от нее; в то же время различные промежуточные точки диска имеют всевозможные слагающие скоростей по лучу зрения; благодаря тому что в спектроскоп видна суммарная картина, спектральная линия кажется расширенной. Исследование строения спектральных линий дает, таким образом, возможность делать заключения о движении звезд, об их вращении, а также позволяет иногда обнаруживать сложное строение звездных систем (двойные звезды). Кроме того, при наблюдении свечения какого-либо газа в электрической разрядной трубке или в пламени мы также можем обнаружить уширение линий, вызванное явлением Доплера. Атомы и молекулы светящегося газа находятся в быстром тепловом движении. Атомы, движущиеся от наблюдателя, будут давать спектральные линии, смещенные в красную часть спектра; атомы, движущиеся к наблюдателю, дадут спектральные линии, смещенные в фиолетовую сторону. Величина смещения будет тем больше, чем больше относительная скорость атомов. Отсюда ясно, что с повышением температуры будет возрастать расширение линий. В ряде случаев можно по уширению линий судить о температуре излучающего газа. До сих пор речь шла о явлении Доплера, наблюдаемом при сближении или удалении источника света и наблюдателя (продольный эффект Доплера). Однако из теории относительности вытекает с необходимостью существование так называемого поперечного эффекта Доплера, наблюдаемого при движении источника в направлении, перпендикулярном к линии, соединяющей источник света с наблюдателем. Такой эффект должен, например, наблюдаться при движении источника по окружности, в центре которой находится наблюдатель. При помощи последнего из уравнений (12) получим формулу для поперечного эффекта Доплера. Пусть светящийся атом покоится в точке х системы
Возьмем за
Так как частота
т. е. будет обнаружено уменьшение частоты или сдвиг спектральной линии в красную сторону. Поскольку
|
1 |
Оглавление
|