Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Лабораторная работа. ЦЕЛЬ. Изучить эффекта Доплера






    Тема: ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА С ПОМОЩЬЮ ЭФФЕКТА ДОПЛЕРА

    ЦЕЛЬ. Изучить эффекта Доплера. Измерить доплеровские частоты при разных скоростях движения источника или приемника колебаний. Рассчитать скорость распространения звуковых колебаний в воздухе.

    Для реализации поставленной цели необходимо:

    а) Изучить литературу[1] по теме работы, раздел «Акустика», «Эффект Доплера».

    б) Ответить на следующие вопросы:

    1) Что называется ультразвуком?

    2) Какое действие оказывает ультразвук на биологические ткани?

    3) Какое применение находит ультразвук в медицине?

    4) Что называется эффектом Доплера?

    5) Как изменится частота принимаемого сигнала, при движении источника и приемника относительно друг друга?

    6)Что называется доплеровским сдвигом частоты?

    7)Как посчитать скорость УЗ, зная частоты испускаемого и принимаемого сигнала?

    6) Какое применение находит эффект Доплера в медицине?

     

    ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

     

    Пусть движущийся источник испускает звуковые колебания с частотой f0. Эти колебания распространяются в неподвижном воздухе (ветра нет) и достигают приемника колебаний. Тогда, частота колебаний f, воспринимаемая приемником, будет отличаться от f0 и зависеть от скорости движения источника и приемника относительно друг друга. Это явление называется эффектом Доплера, частота f - доплеровской частотой, а разность частот Δ f = f - f0 – доплеровским сдвигом частоты. Рассмотрим возникновение эффекта Доплера, когда источник и приемник двигаются вдоль соединяющей их прямой. Возможно несколько вариантов такого движения, приводящие к разным проявлениям рассматриваемого эффекта. Остановимся на каждом из них.

    Источник (И) и приемник (П) неподвижны (рис.1а).

    Источник совершает колебания с частотой f0. Эти колебания в виде звуковой волны (упругой, продольной) распространяются в воздухе с фазовой скоростью – скоростью звука cзв =330 м/с. Длина испускаемой волны равна λ 0 = cзв /f0. Если умножить числитель и знаменатель этой дроби на одинаковый множитель – односекундный интервал времени τ = 1сек, то отношение, естественно, не изменится. Тогда длина волны λ 0 определится как выражение cзвτ – расстояния, занимаемое одним колебанием. Частота колебаний f, воспринимаемых приемником, всегда численно равна количеству колебаний, достигших приемника за время τ = 1сек, т.е. . При неподвижном приемнике, такое количество равно числу колебаний, содержащихся на длине cзвτ, т.е. = cзвτ / λ 0 или f = cзв / λ 0. Отсюда после подстановки λ 0 получим f = f0. Следовательно, при неподвижном источнике и приемнике частоты испущенных и принятых колебаний одинаковы, эффект Доплера отсутствует.

    2.Приемник неподвижен, а источник движется со скорость vист (рис.1б).

    Скорость источника будем считать положительной, если она направлена к приемнику и отрицательной, если источник движется от приемника. За одну секунду источник, как и ранее, совершит f0τ колебаний и пройдет путь vист τ. В момент окончания первой секунды, когда источник будет завершать последнее из (f0τ) колебаний, гребень, порожденный первым колебанием, будет находиться от источника на расстоянии (cзвτ - vист τ), т.е. волна сожмется так, что ее длина станет λ = (cзвτ - vист τ) /f0τ (1)или неподвижный приемник зафиксирует частоту f = cзв / λ или после подстановки (1):

    f = f0cзв /(c зв - vист). (2)

    Рис. 1. Излучение и прием звуковых колебаний. а). Колебания, испускаемые неподвижным излучателем и принимаемые неподвижным приемником. б). Колебания, испускаемые движущимся излучателем и принимаемые неподвижным приемником. с). Колебания, испускаемые неподвижным излучателем и принимаемые движущимся приемником.

    Из формул (1) и (2) следует, что vист должна быть меньше cзв. Из формулы (2) видно, что при сближении источника с приемником (vист > 0) доплеровская частота f больше частоты f0, при удалении (vист < 0) – наоборот f < f0 .






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.