Αντίστροφο φαινόμενο Doppler

Το φαινόμενο Doppler είναι ένα φυσικό φαινόμενο που βιώνουμε στην καθημερινότητά μας. Το φαινόμενο φαίνεται ακόμη και χρήσιμο σε διαφορετικές καταστάσεις.

Χρησιμοποιούμε το φαινόμενο Doppler για να ανιχνεύσουμε ένα λεωφορείο ή ένα τρένο που πλησιάζει. Στο παιχνίδι κρυφτού, αντιλαμβανόμαστε τον ήχο του αντιπάλου μας λόγω του φαινομένου Doppler.

Τι γίνεται όμως αν το αποτέλεσμα αντιστραφεί; Πού θα βρούμε ένα αντίστροφο φαινόμενο Doppler; Απαντήσαμε σε αυτές τις ερωτήσεις παρακάτω. Έχουμε συζητήσει τη σημασία του αντίστροφου φαινομένου Doppler και τις χρήσεις του σε αυτό το άρθρο.

Αλλά προτού συνεχίσουμε, ας ρίξουμε μια ματιά στους βασικούς ορισμούς και ας ανανεώσουμε τις γνώσεις σας σχετικά με το φαινόμενο Doppler.

Μια σύντομη ματιά στο φαινόμενο Doppler και τα παραδείγματά του

Το φαινόμενο Doppler, που ονομάζεται επίσης μετατόπιση Doppler, εμφανίζεται όταν μια αλλαγή στη συχνότητα του κύματος παράγεται από ένα αντικείμενο πηγής με μεταβαλλόμενες θέσεις σχετικά με έναν θεατή.

Μπορείτε να φανταστείτε το αποτέλεσμα με το παράδειγμα του σφυρίσματος που προκαλείται από ένα τρένο που κινείται γρήγορα. Καθώς το τρένο σας πλησιάζει, ο ήχος της σφυρίχτρας αυξάνεται. Καθώς περνάει και απομακρύνεται από εσάς, ο ήχος μειώνεται. Έτσι, καθώς αυξάνεται η συχνότητα του κύματος, εντείνεται και το ύψος του, πράγμα που σημαίνει ότι ο ήχος είναι πιο σιγανός και καθώς η συχνότητα μειώνεται σταδιακά, το ύψος υποχωρεί επίσης και ο ήχος εξαφανίζεται.

Υπάρχουν τρεις συνθήκες σχετικά με την αλλαγή στη συχνότητα.

Όταν ο θεατής είναι σε ηρεμία και η πηγή του κύματος κινείται

Σε αυτή την περίπτωση, ο θεατής θα βιώσει ένα κύμα υψηλής συχνότητας από την πηγή όταν το αντικείμενο πηγής κινείται προς αυτήν.

Η πηγή θα παράγει ένα κύμα χαμηλής συχνότητας όταν απομακρύνεται από το αντικείμενο.

Η ακόλουθη εξίσωση αντιπροσωπεύει την εξίσωση.

ν =νο (1+ υs/ υ)

Όταν το αντικείμενο πηγής είναι σε ηρεμία και ο θεατής κινείται

Η συχνότητα του αντικειμένου πηγής θα εμφανίζεται υψηλότερη όταν ο θεατής κινείται εναντίον του.

Η συχνότητα θα εμφανίζεται χαμηλότερη όταν ο θεατής κινείται προς την ίδια κατεύθυνση με την πηγή.

Μπορείτε να φανταστείτε την κατάσταση με το παράδειγμα να τρέχετε ενάντια και προς τον άνεμο υψηλής ταχύτητας.

Το κολύμπι ενάντια και μαζί με τη ροή του νερού είναι ένα άλλο παράδειγμα.

Δίνεται από,

ν =Προς[1 – υo/(υo + υ)] 

Το αντικείμενο της πηγής και ο θεατής βρίσκονται σε κίνηση

Εφόσον η πηγή και ο θεατής κινούνται ταυτόχρονα, θα βιώσουν και οι δύο την ίδια συχνότητα.

Μπορείτε να εξετάσετε το παράδειγμα του να ακούσετε μια κόρνα σε ένα κινούμενο όχημα ενώ κάθεστε στο ίδιο όχημα.

Δίνεται από,

ν =νο [(ν + νο)/(υ + υs)

ν =παρατηρούμενη συχνότητα

νo =μέτρο συχνότητας όταν η πηγή και ο θεατής ήταν σε ηρεμία

υs =ταχύτητα του αντικειμένου πηγής

υ =ταχύτητα κύματος όταν ο θεατής ήταν σε ηρεμία

υo =ταχύτητα θεατή

To =χρονική περίοδος που μετράται από τον θεατή σε ηρεμία

Ποιες είναι οι χρήσεις του φαινομένου Doppler;

Το φαινόμενο Doppler χρησιμοποιείται με τους εξής τρόπους:

• Στα ραντάρ ανίχνευσης ταχύτητας που χειρίζεται η αστυνομία.
• Σε κορυφαία αεροσκάφη.
• Στη μέτρηση των ταχυτήτων των αστεριών.
• Στην υπερηχογραφία για τη μελέτη της ροής του αίματος και του καρδιακού ρυθμού.
• Χρησιμοποιήθηκε ηχοκαρδιογράφημα για τη μελέτη του παλμού της καρδιακής βαλβίδας και του καρδιακού παλμού ενός εμβρύου.

Είδαμε ότι η συχνότητα αυξάνεται όταν κινείται πιο κοντά στην πηγή και μειώνεται όταν απομακρύνεται σε όλες αυτές τις καταστάσεις.

Τι γίνεται όμως αν η συχνότητα αυξάνεται όταν απομακρύνεται από την πηγή;

Είναι το αντίστροφο φαινόμενο Doppler.

Σημασία του αντίστροφου φαινομένου Doppler

Σκεφτείτε να κινηθείτε προς μια πηγή που παράγει ηχητικά κύματα.

Θα περιμένατε μεγαλύτερη συχνότητα καθώς αυξάνεται η απόσταση ανάμεσα σε εσάς και την πηγή.

Αντίθετα, η συχνότητα μειώνεται όσο πλησιάζετε. Το φαινόμενο είναι γνωστό ως Αντίστροφο Φαινόμενο Ντόπλερ. Αυτή η επίδραση είχε προβλεφθεί τον 20ο αιώνα, αλλά παρατηρήθηκε το 2003. 

Μια μη γραμμική γραμμή μεταφοράς μαγνητικής φύσης χρησιμοποιήθηκε για το πείραμα για την παρατήρηση του φαινομένου. Η μαγνητική φύση και η συνθετική δομή της γραμμής μεταφοράς επιτρέπουν στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα να ταξιδεύουν μέσα από αυτές.

Κατά τη διάρκεια του πειράματος, ένα παλμικό ρεύμα διήλθε μέσω της γραμμής. Το παλμικό ρεύμα λειτουργούσε ως κρουστικό κύμα παράγοντας σήμα ραδιοσυχνότητας. Περίμεναν ένα φαινόμενο Doppler, που σημαίνει ότι τα κύματα της συχνότητας συμπιέζονται όταν ο παλμός προχωρά και ο χώρος μεταξύ των κυμάτων αυξάνεται όταν ο παλμός υποχωρεί. Όμως παρατηρήθηκε το αντίθετο. Η ένταση της ραδιοσυχνότητας αυξανόταν με έναν παλμό που υποχωρούσε.

Το φαινόμενο της αντίστροφης μετατόπισης Doppler δεν συμβαίνει φυσικά.

Τα κύματα φωτός μπορούν επίσης να παράγουν το αντίστροφο φαινόμενο Doppler, που σημαίνει ότι επιτυγχάνεται υψηλή συχνότητα καθώς η πηγή υποχωρεί. Για την παραγωγή του αποτελέσματος χρησιμοποιούνται υλικά με αρνητικούς δείκτες διάθλασης. Δεδομένου ότι όλα τα φυσικά απαντώμενα υλικά έχουν δείκτες διάθλασης ίσους ή περισσότερους από 1 και παρουσιάζουν τη μετατόπιση Doppler, χρησιμοποιούνται τεχνητά υλικά για την παραγωγή του αποτελέσματος.

Τα παραδείγματα του αντίστροφου φαινομένου Doppler περιλαμβάνουν μελλοντικές τεχνολογίες όπως ένας μανδύας αορατότητας.

Διαφορά μεταξύ φαινομένου Doppler και αντίστροφου φαινομένου Doppler

Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τη διαφορά μεταξύ του φαινομένου Doppler και του αντίστροφου φαινομένου Doppler.

Φαινόμενο Doppler	Αντίστροφο φαινόμενο Doppler
Η συχνότητα μειώνεται καθώς η πηγή υποχωρεί και αυξάνεται όταν η πηγή πλησιάζει.	Η συχνότητα αυξάνεται καθώς η πηγή απομακρύνεται.
Παρατηρήθηκε στον ήχο, το φως και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.	Παρατηρήθηκε σε ηλεκτρομαγνητικά και φωτεινά κύματα.
Φυσικά φαινόμενα	Δεν εμφανίζεται στη φύση.
Ο δείκτης διάθλασης του μέσου είναι θετικός.	Ο δείκτης διάθλασης είναι αρνητικός.

Έχουμε συζητήσει μερικές από τις συχνές ερωτήσεις παρακάτω. Μπορείτε να κατανοήσετε καλύτερα το θέμα με τις ερωτήσεις.

Συμπέρασμα

Το αντίστροφο φαινόμενο Doppler αποδεικνύεται θεωρητικά και πειραματικά. Αλλά δεν έχει βρει καμία πρακτική εφαρμογή μέχρι στιγμής. Αν και έχει πιθανή χρήση στην οπτική, οι επιστήμονες δεν έχουν προχωρήσει ακόμη σε αυτόν τον τομέα.

Μέχρι στιγμής, έχουμε συζητήσει το Αντίστροφο Φαινόμενο Ντόπλερ και την πειραματική του απόδειξη. Ξεκινήσαμε με τους ορισμούς και τα παραδείγματα του φαινομένου Doppler. Στη συνέχεια προχωρήσαμε στο νόημα και στα παραδείγματα του φαινομένου αντίστροφου Doppler.