Efekt Dopplera

1. Efekt Dopplera Piotr Słonina Marcin Pol

2. Spis treśći: • Christian Andreas Doppler • Przypomnienie istoty efektu Dopplera • Zastosowanie w medycynie • Zastosowanie meteorologii • Efekt Dopplera i radar • Astronomia

3. Christian Andreas Doppler Urodził się 29 listopada 1803 r. w Salzburgu w Austrii. Studiował w Wiedniu i Salzburgu. Później wykładał matematykę i fizykę na politechnice w Pradze. W roku 1841 został profesorem zwyczajnym matematyki i fizyki na Uniwersytecie Karola w Pradze. 25 maja 1842 roku ogłosił, a w 1843 roku opublikował swoją najważniejszą pracę – „O kolorowym świetle gwiazd podwójnych i niektórych innych ciałach niebieskich” (niem. „Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels”) - w której opisał efekt Dopplera. Teoria ta została potwierdzona empirycznie w czerwcu 1845 roku. Doppler podczas pracy jako profesor opublikował ponad 50 prac naukowych z fizyki, matematyki i astronomii. Podczas niepokojów w czasie Wiosny Ludów w 1848 roku przeprowadził się ze swoją rodziną do Wiednia, gdzie w roku 1850 cesarz Franciszek Józef powołał go na stanowisko dyrektora Instytutu Fizyki Uniwersytetu Wiedeńskiego. Został tam pierwszym profesorem fizyki doświadczalnej. W 1853 roku zmarł w Wenecji.

4. Istota efektu Dopplera • Obserwator pozostaje w spoczynku, źródło dźwięku porusza się się: f f’ Vz vzT λ λ’ λ’ λ

5. Obserwator pozostaje w spoczynku, źródło dźwięku porusza się

6. Istota efektu Dopplera 2) Obserwator porusza się, źródło dźwięku pozostaje w spoczynku

7. Obserwator porusza się, źródło pozostaje w spoczynku

9. Zastosowanie w medycynie W obrazowych badaniach diagnostycznych cenną informacją jest nie tylko kształt anatomicznych struktur, lecz także kierunek i prędkość poruszania się tkanek. Ruch takich płynów ustrojowych jak krew można obserwować mierząc zmiany częstotliwości oraz fazy fal dźwiękowych odbitych od płynącej cieczy.

10. Echokardiografia Udoskonaleniem konwencjonalnych aparatów ultrasonograficznych było wprowadzenie ultrasonografii dopplerowskiej. Jeżeli głowica ultradźwiękowa potrafi rejestrować nie tylko opóźnienie echa wysyłanego dźwięku, lecz również jego wysokość lub fazę, wtedy na obrazie diagnostycznym można kolorami umownymi zobrazować ruch ciała. Przykładem może być tutaj echokardiografia. Dla kardiochirurgów bardzo ważne jest określenie nie tylko struktury anatomicznej serca, ale również prędkości i kierunku ruchu krwi przepływającej w tej biologicznej pompie. Obserwacja bijącego serca płodu umożliwia wykrycie wad rozwojowych jeszcze w łonie matki. Lekarze mając wiedzę o zagrożeniu mogą przygotować się na trudności po porodzie.

11. Echokardiografia przezklatkowa • Badanie wykonywane poprzez ścianę klatki piersiowej, umożliwiające obrazowanie serca w trybach: • jednowymiarowym (M-mode) - umożliwiające ocenę wymiarów serca • dwuwymiarowym (2D) - umożliwiającym pomiary powierzchni i objętości oraz obliczenie frakcji wyrzutowej • trójwymiarowym (3D) - umożliwia ocenę struktur serca w perspektywie (obraz przestrzenny), co umożliwia dokładną ocenę serca w przypadku wad serca przed zabiegami kardiochirurgicznymi. • badanie dopplerowskie - oparte na wykorzystaniu zjawiska Dopplera, umożliwiające pomiar prędkości ruchu tkanek odbijających emitowaną wiązkę ultradźwięków.

12. Pomiar prędkości krwi w tętnicy szyjnej wspólnej

13. Astronomia • Spektroskopia astronomiczna • Teoria rozszerzającego się wszechświata • Eksploracja kosmosu

14. Spektroskopia astronomiczna Spektroskopia astronomiczna jest to dział astrofizyki, który używa metod spektroskopii do badania ciał niebieskich. Spektroskopia astronomiczna jest obecnie głównym narzędziem badawczym astronomii. W kręgu zainteresowań spektroskopii astronomicznej leży badanie natężenia, czyli jasności promieniowania dla danej długości fali, rozmieszczenia i szerokości tzw. linii Fraunhofera. Poprzez badanie widma uzyskuje się informacje o środowisku, w którym powstała fala, lub przez które została częściowo pochłonięta. Porównując wyniki badań widm kosmicznych z liniami uzyskiwanymi dla pierwiastków i związków chemicznych występujących na Ziemi można wnioskować np. o składzie chemicznym gwiazd. Rozkład widmowy ich światła zależy nie tylko od składu chemicznego, ale także w prosty sposób od temperatury. Dzięki temu można wyznaczyć jedną z najważniejszych właściwości gwiazd - ich temperaturę powierzchniową. Badając przesunięcie charakterystycznych linii w widmie zgodnie z efektem Dopplera, uzyskuje się informacje o prędkości przybliżania, bądź oddalania się gwiazdy, a w przypadku układów podwójnych i wielokrotnych można pośrednio wnioskować o masie i innych właściwościach fizycznych ciał układu.

15. Teoria rozszerzającego się wszechświata Światło gwiazdy charakteryzują linie widmowe zależne od znajdujących się w nich atomów. Jeżeli gwiazda oddala się (ucieka) od obserwatora, to linie widmowe będą przesunięte w kierunku czerwieni (większych długości). Gdy na początku XX w. astronomowie zaczęli obserwować światło odległych galaktyk okazało się, że wszystkie one mają linie widmowe przesunięte ku czerwieni. Oznacza to, że gwiazdy te oddalają się od nas, jak na rysunku. Na dodatek, im dalej galaktyka się znajduje, tym szybciej od nas ucieka, a jej światło jest bardziej przesunięte w kierunku większych długości fali (czerwone). Pomiary te doprowadziły do sformułowania prawa Hubble'a oraz teorii rozszerzającego się wszechświata.

16. Prawo Hubble'a Prawo Hubble'a jest podstawowym prawem kosmologii obserwacyjnej, wiążącym odległości galaktyk r z ich tzw. prędkościami ucieczki v (których miarą jest przesunięcie ku czerwieni z). Prawo to mówi, iż te dwie wielkości są do siebie proporcjonalne, a stałą proporcjonalności jest stała Hubble'a H0: v0 = Hr Istnienie takiej proporcjonalności zauważył jako pierwszy Edwin Hubble w roku 1929. Zależność ta jest prawdziwa dla galaktyk odpowiednio nam bliskich, lecz na tyle dalekich, że nie są już powiązane grawitacyjnie z Drogą Mleczną i ogólniej z Grupą Lokalną. Spełnianie przez pobliskie galaktyki prawa Hubble'a przemawia za jednorodną ekspansją Wszechświata, a odstępstwa od tego prawa są związane z tzw. prędkościami swoistymi galaktyk. W jednorodnie ekspandującym Wszechświecie, prawo Hubble'a (z odpowiednią stałą proporcjonalności, zależną od czasu kosmicznego) jest lokalnie spełnione dla wszystkich obserwatorów fundamentalnych.

17. Eksploracja kosmosu Jeżeli gwiazda wędruje w kosmosie razem z innym obiektem, oba ciała obracają się względem wspólnego środka masy. Pomiary zmian przesunięcia linii widmowych niektórych gwiazd wykazały, że okrążają je planety. W ten sposób astronomowie odkryli setki dużych planet poza układem słonecznym.