Jedna częstotliwość — dwa różne ruchy
W spoczywającym powietrzu c = 300 m/s źródło emituje 600 Hz. Odbiornik pozostaje po jego prawej stronie i rejestruje 900 Hz. Dodatnie prędkości oznaczają ruch w prawo.
Sprawdź dwa możliwe ustawienia: A — vₛ = +100 m/s, vₒ = 0; B — vₛ = +60 m/s, vₒ = −60 m/s. Wyznacz długość fali na prawo od źródła w każdym z nich. Następnie rozstrzygnij, które ustawienie jest zgodne z dodatkowym pomiarem λ₊ = 0,400 m. Czy sam odczyt 900 Hz wystarczał?
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
W tym zadaniu
Wskazówka
Oblicz oddzielnie odstęp frontów (c − vₛ)/fₛ i szybkość ich spotykania c − vₒ. Ich iloraz daje częstotliwość odbioru.
Rozwiązanie
Ustawienie A
Ruch źródła zmniejsza odstęp frontów do λ₊ = (300 − 100)/600 m = 1/3 m. Nieruchomy odbiornik spotyka je z szybkością 300 m/s, więc:
f_{o,A}=\frac{300\ \mathrm{m/s}}{(1/3)\ \mathrm m}=900\ \mathrm{Hz}.
Ustawienie B
Teraz odstęp frontów jest większy: λ₊ = (300 − 60)/600 m = 0,400 m. Odbiornik jedzie jednak ku nadchodzącej fali. Szybkość spotykania to 300 − (−60) = 360 m/s:
f_{o,B}=\frac{360\ \mathrm{m/s}}{0{,}400\ \mathrm m}=900\ \mathrm{Hz}.
Co wnosi dodatkowy pomiar?
Zmierzona długość 0,400 m zgadza się z B. Możemy też wyznaczyć obie prędkości bez sprawdzania gotowych odpowiedzi:
v_s=c-f_s\lambda_+=300-600\cdot0{,}400=60\ \mathrm{m/s},
v_o=c-f_o\lambda_+=300-900\cdot0{,}400=-60\ \mathrm{m/s}.
W obu iloczynach Hz · m = m/s, więc jednostki pasują do odejmowania od c. Jeden odczyt częstotliwości nie rozstrzygał ruchu: dostarczał jednego równania dla dwóch prędkości. Nie wolno dopowiadać, że mikrofon na pewno stał, tylko dlatego, że taki przypadek łatwiej policzyć.
W A szybkość zbliżania wynosi 100 m/s, a w B 120 m/s. Jednakowa fₒ nie oznacza nawet jednakowej szybkości wzajemnego zbliżania, gdy nie znamy ruchu względem ośrodka.
Znany ruch względny nie wystarcza w akustyce
Prędkości względem powietrza występują oddzielnie w liczniku i mianowniku. Warianty A i B dają tę samą częstotliwość, mimo różnych szybkości zbliżania. Z kolei para vₛ=vₒ=60 m/s dawałaby fₒ=fₛ, lecz długość fali przed źródłem pozostałaby mniejsza niż c/fₛ. Powietrze stanowi fizyczny układ odniesienia dla prędkości rozchodzenia się zaburzenia; nie można bez zmian przenieść tego rachunku na światło.
Powiązana teoria
Pomiar Dopplera: chwile nadejścia, okres i nieznane prędkości
Dalsza lektura
Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »
← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto