Đang tải... (xem toàn văn)
Chu kỳ biểu kiến của sóng (tức là chu kỳ của sóng mà máy thu nhận được) là khoảng thời gian tính từ lúc mặt sóng thứ nhất đi qua máy thu đến thời điểm mặt sóng thứ hai đi qua máy thu.. [r]
(1)Giải thích hiệu ứng Đốp le
Trong chương trình vật lý lớp 12, hiệu ứng Đốp le vấn đề khó giải thích giáo viên khó hiểu học sinh Việc giải thích cặn kẽ nguyên nhân hiệu ứng không đơn giản Ở xin đưa cách lý giải ( giới hạn trường hợp đơn giản nguồn âm máy thu chuyển động đường thẳng) Mong nhận ý kiến đóng góp thày cô em học sinh
Trước hết, ta trường hợp đơn giản Trường hợp Nguồn âm máy thu đứng yên
Giả sử thời điểm t0 A, nguồn âm bắt đầu phát âm có chu kỳ T từ A bắt đầu phát mặt sóng cầu thứ Lúc vị trí B, máy thu chưa nhận âm
Đến thời điểm t1 = T, mặt sóng thứ truyền đến B Lúc máy thu bắt đầu nhận âm truyền đến Ta có quãng đường AB bước sóng
Sau chu kỳ T nữa, tức vào thời điểm t2 = 2T mặt sóng thứ truyền quãng đường , lúc mặt sóng thứ hai truyền đến B, chỗ vào vị trí mặt sóng thứ vào thời điểm t1 = T Như sau chu kỳ T sóng từ nguồn phát máy thu lại nhận âm lần thứ hai Điều có nghĩa chu kỳ sóng âm mà máy thu nhận trường hợp Nguồn âm phát âm có tần số máy thu thu âm có tần số
Từ trường hợp ta định nghĩa:
A B Thời điểm đầu
A B
Mặt sóng
Mặt sóng
Thời điểm t1
A
Mặt sóng
B Mặt sóng
B
Mặt sóng
(2)Chu kỳ biểu kiến sóng (tức chu kỳ sóng mà máy thu nhận được) khoảng thời gian tính từ lúc mặt sóng thứ qua máy thu đến thời điểm mặt sóng thứ hai qua máy thu
Và
Bước sóng biểu kiến quãng đường mà sóng âm truyền kể từ thời điểm mặt sóng thứ gặp máy thu thời điểm mặt sóng thứ hai gặp máy thu
Trường hợp 2: Nguồn âm chuyển động với vận tốc u, máy thu đứng yên.
Giả sử thời điểm t0 A, nguồn âm bắt đầu phát âm có chu kỳ T từ A bắt đầu phát mặt sóng cầu thứ Lúc vị trí B, máy thu chưa nhận âm
Đến thời điểm t1 = T, mặt sóng thứ truyền đến B Lúc máy thu B bắt đầu nhận âm truyền đến
Nhưng nguồn âm chuyển động nên thời điểm t1 = T nguồn âm vị trí A’ cách A đoạn AA’ = u.T Lúc bắt đầu phát mặt sóng thứ hai
Tính từ lúc máy bắt đầu nhận âm cần thêm thời gian T’ = A B'
c máy thu lại nhận âm lần thứ hai Điều có nghĩa thời gian kể từ lúc mặt sóng thứ qua máy thu đến lúc mặt sóng thứ hai qua máy thu T’ = A B'
c Hay nói cách khác chu kì biểu kiến sóng âm mà máy thu nhận T’ = A B'
c Từ hình vẽ ta suy ra:
'
'
u T
c c u
f f f
Từ ta suy cơng thức tính tần số biểu kiến mà máy thu ghi nhận B f ' f c
c u
Tần số mà máy thu nhận lớn tần số nguồn âm phát
Trong khoảng thời gian chu kỳ biểu kiến T’, sóng âm truyền quãng đường ’ = A’B Qng đường bước sóng biểu kiến sóng âm mà máy thu nhận
A B
A’ B
Mặt sóng
Mặt sóng
A
(3)Như vậy, so với trường hợp nguồn âm đứng yên nguồn âm chuyển động, bước sóng biểu kiến thay đổi lượng AA’ =u.T
Từ trường hợp ta có nhận xét sau:
Khi nguồn âm chuyển động với vận tốc u làm cho bước sóng biểu kiến thay đổi lượng u.T = u/f Với T f chu kỳ tần số sóng âm nguồn phát
Trường hợp 3: Nguồn âm đứng yên, máy thu chuyển động với vận tốc v
Giả sử thời điểm t0 A, nguồn âm bắt đầu phát âm có chu kỳ T từ A bắt đầu phát mặt sóng cầu thứ Lúc vị trí B, máy thu chưa nhận âm
Đến thời điểm t1 = T, mặt sóng thứ truyền đến B Lúc máy thu bắt đầu nhận âm truyền đến Bắt đầu từ thời điểm t1, mặt sóng thứ hai bắt đầu truyền từ A, máy thu bắt đầu chuyển động từ B, đến B’ mặt sóng thứ hai gặp máy thu
Như vậy, tính từ lúc mặt sóng thứ gặp máy thu B lúc mặt sóng thứ hai gặp máy thu B’ sóng âm phải truyền quãng đường ’ = AB’ Đó bước sóng biểu kiến sóng âm mà máy thu nhận Chu kỳ dao động biểu kiến mà máy thu nhận T' ' BB'
c v
So với bước sóng máy thu đứng n máy thu chuyển động bước sóng thay đổi đoạn BB’ = v.T’
Từ hình vẽ ta có
’ +BB’ = c T 'vT'c T Hay:
' '
c v c
f f f
Từ ta tính tần số biểu kiến sóng âm mà máy thu nhận là: ( )
' c v
f f c
Tần số lớn tần số biểu kiến f mà máy âm nhận đứng yên Từ trường hợp ta có nhận xét sau:
Khi máy thu chuyển động với vận tốc v làm cho bước sóng biểu kiến thay đổi đoạn BB’ = v.T’ =v/f’ Với T’ f” chu kỳ tần số biểu kiến sóng âm máy thu nhận
A B
A B
Mặt sóng
Mặt sóng
(4)Bây ta vận dụng hai nhận xét hai trường hợp để xét trường hợp lại
Trường hợp Nguồn âm chuyển động với vận tốc u, máy thu chuyển động với vận tốc v
Ví dụ Nguồn âm máy thu chuyển động lại gần
Từ hình vẽ ta thấy:
+ Sự chuyển động nguồn âm làm cho bước sóng biểu kiến giảm đoạn AA’ + Sự chuyển động máy thu làm cho bước sóng biểu kiến giảm đoạn AA’ Như vậy, bước sóng biểu kiến mà máy thu nhận là: ’ = - AA’ – BB’
' '
' '
c c u v
f f f f
c v c u c v
f f
f f c u
Như trường hợp nguồn âm máy thu chuyển động lại gần tần số biểu kiến mà máy thu nhận lớn tần số phát từ nguồn âm
Ví dụ Nguồn âm chuyển động đuổi theo máy thu
Từ hình vẽ ta có:
' .
' '
c v c u c v
f f
f f f f c u
Từ kết ta có nhận xét rằng, u = v f’ = f Nghĩa là, nguồn âm máy thu chuyển động
A A’ B’ B
c f
' ' c f AA ' u
f
BB '
' v f
A A’ B B’
c f
' ' c f AA ' u
f
BB ' '
v f
(5)Tổng quát cho trường hợp ta có cơng thức sau để tính tần số biểu kiến mà máy thu nhận
' . c v
f f
c u
Trong cần lưu ý hai điều sau đây:
+ Về vị trí : Vận tốc máy thu (nếu có) xuất tử số, vận tốc nguồn âm (nếu có) xuất mẫu số
+ Về dấu : Dấu v u lấy theo nguyên tắc: tiến lại gần làm f’ tăng,tiến xa làm f’ giảm
Sau vài ví dụ minh họa Bài
Một nhà máy phát tiếng cịi tan tầm có tần số 1200Hz Cùng lúc đó, người tiến nhà máy bằng xe máy có vận tốc 36 km/h Biết tốc độ truyền âm khơng khí 330m/s Tính tần số âm mà người nghe thấy
Giải Ta có
f =1200 Hz
Vận tốc xe máy: v = + 10m/s ( xe tiến lại gần làm cho f’ tăng, nên v lấy dấu dương) Vận tốc nguồn âm u = ( Vì nhà máy cố định)
Vậy tần số âm biểu kiến mà người xe máy nghe là: 330 10
' 1200 1236, 330
c v
f f Hz
c
Bài
Một người quan sát đứng yên quan sát nguồn âm chuyển động phía với tốc độ 18km/h Tần số âm mà người nhận 812,3Hz Biết tốc độ truyền âm khơng khí 330m/s Tính tần số phát từ nguồn âm
Giải Ta có f’ = 812,3Hz
Vận tốc máy thu: v =
Vận tốc nguồn âm: u = - 5m/s ( Lấy dấu âm nguồn âm chuyển động lại gần máy thu làm f’ tăng) Vậy trường hợp ta có:
' c
f f c u
Từ suy ra:
330 ' 812,3 800
330
c u
f f Hz
c