تأثير دوبلر

تأثير دوبلر

من الظواهر المعروفة أن صوت مصدر الصوت المقترب أعلى من صوت الإنعكاس۔

الفيزياء

الإضافات المتعلقة

مشاهد

تأثير دوبلر

  • الجبهات الموجية للصوت المقترب
  • المراقب
  • صوت سيارة مقتربة
  • صوت سيارة متحركة

تأثير دوبلر

يختلف صوت السيارة المقتربة عن صوت السيارة المبتعدة۔ عندما تقترب السيارة يكون صوتها أعلى، بينما عندما تبتعد يكون صوتها أعمق بالمقارنة مع صوت السيارة الثابتة۔ تسمى هذه الظاهرة بتأثير دوبلر۔

تفسير الظاهرة

  • f₀ = 200 هرتز
  • f₂ = 200 هرتز
  • f₁ = 200 هرتز
  • λ₀ = 1.65 م
  • λ₂ = 1.65 م
  • λ₁ = 1.65 م
  • f₀ = 200 هرتز - التردد التقريبي لصوت المركبة۔ في الواقع، قد يملك هذا الصوت أكثر من مكون۔
  • f₂ = 208 هرتز - عندما تقترب المركبة يسمع المراقب صوتاً ذو تردد أعلى۔
  • f₁ = 192 هرتز - عند ابتعاد المركبة يسمع المراقب صوتاً ذو تردد أقل۔
  • λ₂ = 1.58 م - تتراكم الجبهات الموجية أمام السيارة۔ يتناقص طول الموجة و يزداد التردد، لا تتغير سرعة الموجة۔
  • λ₁ = 1.72 م - تتوزع الجبهات الموجية متباعدة خلف السيارة و يزداد الطول الموجي، يقل التردد و لا تتغير سرعة الموجة۔
  • f₀ = 200 هرتز - التردد التقريبي لصوت المركبة۔ في الواقع قد يكون لهذا الصوت أكثر من مكون۔
  • f₂ = 218 هرتز - عندما تقترب المركبة يسمع المراقب صوتاً ذو تردد أعلى۔
  • f₁ = 184 هرتز - عند ابتعاد المركبة يسمع المراقب صوتاً ذو تردد أقل۔
  • λ₂ = 1.51 م - تتراكم الجبهات الموجية أمام السيارة۔ يتناقص طول الموجة و يزداد التردد، لا تتغير سرعة الموجة۔
  • λ₁ = 1.78 م - تتوزع الجبهات الموجية متباعدة خلف السيارة و يزداد الطول الموجي، يقل التردد و لا تتغير سرعة الموجة۔
  • f₀ = 200 هرتز - التردد التقريبي لصوت المركبة۔ في الواقع لا يصدر صوتاً لقيمة تردد واحدة فقط۔
  • f₂ = 240 هرتز - عندما تقترب المركبة يسمع المراقب صوتاً ذو تردد أعلى۔
  • f₁ = 171 هرتز - عند ابتعاد المركبة يسمع المراقب صوتاً ذو تردد أقل۔
  • λ₂ = 1.37 م - تتراكم الجبهات الموجية أمام السيارة۔ يتناقص طول الموجة و يزداد التردد، لا تتغير سرعة الموجة۔
  • λ₁ = 1.92 م - تتوزع الجبهات الموجية متباعدة خلف السيارة و يزداد الطول الموجي، يقل التردد و لا تتغير سرعة الموجة۔

تفسير الظاهرة

يحدث تأثير دوبلر لأن سرعة الأمواج الصوتية تكون مستقلة عن سرعة مصدر الصوت۔

سواء أكانت المركبة ثابتة أم متحركة، فإن الموجات الصوتية التي تصدرها و التي تسير بسرعة ثابتة تميز الوسط الذي تسلكه۔ لذلك، عندما يتحرك مصدر الصوت تنعكس الجبهات الموجية أمامه و تنتشر خلفه۔

ينخفض طول الموجات الصوتية نتيجة لتراكم الجبهات الموجية۔ نظراً لأن جداء طول الموجة بالتردد يساوي سرعة الموجات الثابتة، يزداد تردد الموجات، مما ينتج صوتاً أكثر عمقاً۔ يحدث العكس تماماً خلف مصدر الصوت: يزداد طول الموجة الصوتية و يقل التردد، مما ينتج عنه صوت أعمق۔

تحدث الظاهرة نفسها عندما يكون المراقب هو المتحرك، و ليس المصدر۔

إنفجار صوتي

  • مخروط ماخ - عندما يسافر مصدر الصوت بشكل أسرع من سرعة الصوت، تشكل الجبهات الموجية مخروطاً۔ هنا يصبح حجم الصوت كبيراً جداً و يمكن للمراقب الذي يمر عبره مخروط باخ سماع صوت طفرة صوتية۔
  • قطع زائد - يتقاطع مخروط باخ مع سطح الماء و يشكل قطعاً زائداً۔
  • إنفجار صوتي

انفجار الصوت

في حال كان مصدر الصوت يتحرك بسرعة تصل إلى سرعة الصوت المميزة للوسط الذي يسلكه، فإن الجبهات الموجية تشكل مخروطاً يعرف بإسم مخروط ماخ۔

يتحرك مخروط ماخ مع المركبة۔ تتضخم الموجات الصوتية على سطح المخروط، لذا يمكن للمراقب الذي يمر من خلاله المخروط أن يسمع صوت انفجار صوتي۔

خلافاً للاعتقاد الشائع، لا يحدث فقط عندما تتجاوز الطائرة سرعة الصوت۔ يحدث باستمرار عند الطيران الأسرع من الصوت، لكنه لايسمع في كل مكان۔

يتقاطع مخروط ماخ مع الأرض حيث يشكل قطعاً زائداً۔ يمكن أن يتسبب دوي اختراق حاجز الصوت بأضرار جسيمة: حيث تنكسر النوافذ و تتحرك الصخور غير المستقرة۔

في الغالب يمكن ملاحظة دوي اختراق حاجز الصوت من خلال الإنفجارات الصوتية التي تسببها الطائرات المقاتلة، كما يحدث دوي اختراق حاجز الصوت خلال ضربات السوط أيضاً۔

الفيزياء الفلكية

  • مجرة مبتعدة
  • الإزاحة الحمراء - في حالة الموجات الضوئية، يؤدي تأثير دوبلر إلى حدوث تحول في خطوط الطيف۔ تتحول هذه الخطوط نحو الطرف الأحمر من الطيف في حال تراجع جسم ما۔
  • المراقب

الفيزياء الفلكية

على نحو مماثل للموجات الصوتية، تظهر موجات الضوء أيضاً تأثير دوبلر عندما يقترب مصدر الضوء من الراصد أو عند ابتعاده عنه۔

يملك الضوء المنبعث من مصدر مقترب طولاً موجياً أقصر أي أنه سيكون مزعجاً، بينما سوف ينظر للضوء المنبعث من مصدر الإنحسار على أنه ضارب للحمرة۔

لوحظ أن ضوء المجرات يتحول باستمرار نحو الجزء الأحمر من الطيف، أي أنها تبتعد عن بعضها البعض و عن الأرض، و كلما ابتعدت كلما زادت سرعتها۔ تسمى هذه الظاهرة بالإزاحة الحمراء۔ تستند النظرية المقبولة عالمياً في الكون المتسع على هذه الملاحظة۔

الموجات فوق الصوتية للقلب

  • القلب
  • جهاز دوبلر للموجات فوق الصوتية - عند الإنعكاس يتغير تواتر الموجات فوق الصوتية، و بذلك نستطيع الحصول على معلومات حول حركة الأعضاء الداخلية و الدم المتدفق فيها۔
  • موجة منبعثة
  • موجة منعكسة

موجات القلب فوق الصوتية

هناك تطبيق مميز آخر لتأثير دوبلر و هو تخطيط صدى القلب۔ تستخدم أجهزة الموجات فوق الصوتية لفحص بنية الأعضاء الداخلية۔ يمكننا أيضاً أن نكسب معلومات حول حركات الأعضاء الداخلية و جريان الدم داخلها من خلال فحص الطول الموجي للموجات فوق الصوتية المنعكسة۔
قد يعطي هذا معلومات حول إمدادات الدم للعضو المختبر أو الورم أو ربما عن حالة الأوعية الدموية المتخثرة۔ عند الولادة يقوم جهاز دوبلر للموجات فوق الصوتية بمراقبة معدل ضربات قلب الجنين۔

كاميرات السرعة

  • قياس السرعة مع موجات رادار عاكسة
  • كاميرا مراقبة السرعة - نتيجة لتأثير دوبلر يتغير طول الموجة المنعكسة من خلال الجسم المتحرك و يكشف الجهاز ذلك۔
  • موجة منبعثة
  • موجة منعكسة

كاميرا مراقبة السرعة

من إحدى تطبيقات تأثير دوبلر هو قياس سرعة المركبات المتحركة بكاميرا السرعة۔

يصدر الجهاز موجات راديو تنعكس على المركبة التي يتم قياس سرعتها۔ مع ذلك، يتغير الطول الموجي لهذه الموجة المنعكسة بسبب تأثير دوبلر۔ يمكن حساب سرعة المركبة من خلال طول موجة الراديو المنعكسة۔

على عكس آلية عمل كاميرات السرعة، لا يعتمد عمل مسدسات الليزر على تأثير دوبلر و إنما يعتمد على القياس الدقيق لوقت الإنعكاس۔ يمكن استخدام هذا لحساب مسافة المركبة على فترات زمنية مختلفة و من ثم قياس سرعتها۔

الرسوم المتحركة

  • 0 كم/سا
  • 50 كم/سا
  • 100 كم/سا
  • 200 كم/سا

الرواية

يختلف صوت السيارة المقتربة عن صوت السيارة المبتعدة۔ عندما تقترب السيارة يكون صوتها أعلى، بينما عندما تبتعد يكون صوتها أعمق بالمقارنة مع صوت السيارة الثابتة۔ تسمى هذه الظاهرة بتأثير دوبلر۔

يحدث تأثير دوبلر لأن سرعة الأمواج الصوتية تكون مستقلة عن سرعة مصدر الصوت۔

سواء أكانت المركبة ثابتة أم متحركة، فإن الموجات الصوتية التي تصدرها و التي تسير بسرعة ثابتة تميز الوسط الذي تسلكه۔ لذلك، عندما يتحرك مصدر الصوت تنعكس الجبهات الموجية أمامه و تنتشر خلفه۔

ينخفض طول الموجات الصوتية نتيجة لتراكم الجبهات الموجية۔ نظراً لأن جداء طول الموجة بالتردد يساوي سرعة الموجات الثابتة، يزداد تردد الموجات، مما ينتج صوتاً أكثر عمقاً۔ يحدث العكس تماماً خلف مصدر الصوت: يزداد طول الموجة الصوتية و يقل التردد، مما ينتج عنه صوت أعمق۔

تحدث الظاهرة نفسها عندما يكون المراقب هو المتحرك، و ليس المصدر۔

في حال كان مصدر الصوت يتحرك بسرعة تصل إلى سرعة الصوت المميزة للوسط الذي يسلكه، فإن الجبهات الموجية تشكل مخروطاً يعرف باسم مخروط ماخ۔

يتحرك مخروط ماخ مع المركبة۔ تتضخم الموجات الصوتية على سطح المخروط، لذا يمكن للمراقب الذي يمر من خلاله المخروط أن يسمع صوت انفجار صوتي۔

خلافاً للاعتقاد الشائع، لا يحدث فقط عندما تتجاوز الطائرة سرعة الصوت۔ يحدث باستمرار عند الطيران الأسرع من الصوت، لكنه لايسمع في كل مكان۔

يتقاطع مخروط ماخ مع الأرض حيث يشكل قطعاً زائداً۔ يمكن أن يتسبب دوي اختراق حاجز الصوت بأضرار جسيمة: حيث تنكسر النوافذ و تتحرك الصخور غير المستقرة۔

في الغالب يمكن ملاحظة دوي اختراق حاجز الصوت من خلال الانفجارات الصوتية التي تسببها الطائرات المقاتلة، كما يحدث دوي اختراق حاجز الصوت خلال التقاط السوط أيضاً۔

الإضافات المتعلقة

معلمات الأمواج الصوتية المميزة

توضح الرسوم المتحركة أهم معالم الأمواج باستخدام الموجات الصوتية۔

كيف يعمل مكبر الصوت؟

يقوم مكبر الصوت بتكوين اهتزازات هوائية بمساعدة التحريض الكهربائي المغناطيسي۔

التنين العظيم تشينفدو جي 20 ) الصين، 2017 (

تشنغدو J-20، المعروف أيضاً بإسم التنين العظيم، هي طائرة مقاتلة خفية متعددة الوظائف۔

الكونكورد، 1969

أول طائرة ناقلة للركاب تفوق سرعتها سرعة الصوت بدأت بنقل الركاب لأول مرة في عام 1976 م۔

قطار TGV POS

تصل سرعة القطار عالي السرعة بين باريس و جنوب ألمانيا خلال السفر الى 320 كم/سا۔

أنواع الأمواج

تلعب الأمواج دوراً هاماً في العديد من مجالات حياتنا۔

موجات الجاذبية )ليغو(

تسارع الكتل يسبب تموجات في الزمكان۔ تسمى هذه بموجات الجاذبية۔

خفاش حدوة الحصان

تقوم الخفافيش بالإصطياد و التوجه بمساعدة الموجات فوق الصوتية۔

تجربة رادار القمر، زولتان باي

كان العالم المجري أول شخص يكشف أصداء الرادار المنعكسة عن القمر، في عام 1946 م۔

كيف يعمل جهاز السونار؟

توضح الرسوم المتحركة آلية عمل جهاز السونار۔

الزلزال

الزلازل هي إحدى أكثر الظواهر الطبيعية تدميراً۔

Added to your cart.