Doplerio efektas

Santrauka Mūsų grupei buvo paskirta probleminė užduotis ‒ Doplerio reiškinio demonstracija. Mes turėjome išsiaiškinti kaip šis efektas pasireiškia ir atlikti demonstraciją naudodamiesi išmaniuoju telefonu. Su Doplerio reiškiniu dažnai susiduriame savo kasdieniniame gyvenime sklindant garsui bei šviesai. Šio reiškinio suvokimas leido žmonėms pritaikyti jį naudingiems tikslams, pavyzdžiui, astronomijoje bei kitose srityse. Šio projekto atlikimui mums buvo reikalingos teorinės žinios, kurios buvo pateiktos paskaitų metu taip pat domėjomės Doplerio efektu ir individualiai. Taigi pasitelkę visomis savo turimomis žiniomis atlikome Doplerio efekto demonstraciją, išsiaiškinome jo atsiradimo priežastis, pasireiškimo būdus bei pritaikymo sritis. Įvadas Probleminė užduotis ‒ Doplerio reiškinio demonstracija. Turime atsakyti į pateiktus klausimus bei praktiškai pavaizduoti Doplerio efektą. • Apibūdinkite kas tai yra Doplerio reiškinys? • Pateikite pavyzdžių kur šis reiškinys pritaikomas inžinerijoje ir moksle? • Kokioms bangoms pasireiškia šis reiškinys? Pagrindinė užduotis išnagrinėti įvairius su Doplerio reiškiniu susijusius šaltinius, kurie mums padėtų suvokti šį reiškinį, aprašyti jo pritaikymą praktikoje bei pasireiškimo būdus. Taip pat turime atlikti laboratorinius darbus, kurie mums padėtų pavaizduoti Doplerio efektą praktikoje ir juos aprašyti. 1. Tvarkaraštis 1 etapas. Informacinių šaltinių nagrinėjimas. Darbų pasiskirstymas. 2 etapas. Iškeltų klausimų nagrinėjimas. 3 etapas. Laboratorinių darbų atlikimas. Garso greičio ore nustatymas. Stygos svyravimų tyrimas. 4 etapas. Laboratorinių darbų aprašų rengimas, diagramų ir grafikų braižymas. 5 etapas. Probleminės ataskaitos ruošimas. 6 etapas. Pateikčių ruošimas. 7 etapas. Probleminės užduoties gynimas 2. Problemos sprendimo būdų ir metodų apžvalga Doplerio efektas dažnai siejamas su įvairiomis radiolokacinėmis sistemomis, tačiau taip buvo ne visada. Antrojo pasaulinio karo metais ir po jo buvo sparčiai tobulinama radiolokacija. Po antrojo pasaulinio karo buvo sukurti pirmieji radiolokacijos prietaisai, tačiau jie turėjo pakankamai dideles paklaidas (iki ±4°), nes atstumai buvo skaičiuojami neatsižvelgiant į Doplerio efektą. Gal ±4° ir neatrodo didelė paklaida, bet nustatant objektu vieta dideliuose nuotoliuose, tokie netikslumai lokacijos nustatyme gali virsti keliomis dešimtimis ar net šimtais kilometru pro šalį. Mokslui žengiant į prieki atsirado dar naujesni radiolokatoriai, kurie, beje, naudojami ir šiandien, su paklaidomis iki ±1°. Doplerio efektas pritaikomas ir medicinoje. Pirmieji skeneriai su galios Doplerio režimu pasirodė maždaug 1992 m. Doplerio efektu pagrįstų matuoklių- judančių objektų greičiui matuoti tikslumas priklauso nuo matavimo metodo ir parametrų tiesioginių matavimų klaidų, pavyzdžiui, radijo ar lazerio spinduliavimo dažnių tikslumo, kitos klaidos atsiranda dėl skirtuminio (mūšos) dažnio matavimų, atmosferos įtakos virpesių sklidimo greičiui klaidų. Taip pat klaidingus matavimus gali sukelti pigūs Doplerio radarai. Doplerio efektas atsiranda trejais atvejais [1]: • Kai bangų šaltinis juda, o imtuvas stovi vietoje; • Bangų šaltinis stovi, o bangų imtuvas stovi; • Kai abu, bangų šaltinis ir imtuvas, juda; 3. Fizikinių dėsnių pritaikomumas ir teorinių žinių pritaikymas PBL Doplerio efekto principas: • Garso šaltinis generuoja vieno dažnio υ garso bangas. • Jei imtuvas nejuda šaltinio atžvilgiu, jis fiksuoja tą patį dažnį υ. • Jei garso šaltinis ar imtuvas juda aplinkos (ar vienas kito) atžvilgiu, imtuvas registruoja kitokį dažnį, kuris išreiškiamas: V – garso greitis aplinkoje. Vš – šaltinio garsas aplinkoje, VI – imtuvo garsas aplinkoje. • Esant judėjimui kampu vienas kito atžvilgiu: Doplerio efektas naudojamas matuojant dažnio pokytį iš judančio kūno ir atsispindėjusio dažnio pokytį nuo judančio objekto. Matuojant dažnio pokytį iš judančio kūno: 1. Jei imtuvas nejuda – juda tik šaltinis spinduliuodamas υ0 dažnio UG bangas; 2. Imtuvas fiksuoja dažnį: + ar – priklauso nuo judėjimo krypties( - link imtuvo, + nuo imtuvo) 3. Matavimo metu registruojamas tik dažnio pokytis Δυ: 4. Iš kurio išskaičiuojamas objekto, spinduliuojančio υ0 dažnio bangas, greitis: Matuojant atspindėjusio garso nuo judančio kūno dažnio pokytį: 1. Siųstuvas siunčia υ0 dažnio UG bangas. 2. UG bangos atsispindi nuo judančio objekto, jei objektas juda, atspindėjusių bangų dažnis pasikeičia priklausomai nuo jo judėjimo greičio. 3. Dažnio pokytis, kuris yra registruojamas, yra išreiškiamas: 4. Išskaičiuojamas greitis: 5. Kai echolokatorius sukonstruotas taip, kad siųstuvo ir imtuvo padėtys sutaptų, t.y. a=0, tai: Registruojamo objekto greitis tampa tiesiogiai proporcingas dažnio Δυ pokyčiui. 4. Laboratotiniai darbai: fizikinių dėsnių iliustracija GARSO GREIČIO ORE NUSTATYMAS BANGŲ INTERFERENCIJOS METODU Darbo užduotis. Taikant bangų interferencijos metodą, nustatyti garso greitį ore ir apskaičiuoti gama (γ). Teorinė dalis. Šiame darbe garso greitį išmatuosime gavę jo stovinčiąsias bangas. Tam viena kryptimi sklindančiai bangai s1 = sm cos(wt - kx) interferuojant su priešpriešiais sklindančia tokio pat dažnio ir amplitudės banga s2 = sm cos (wt + kx) gaunama „stovinčioji banga” s = s1 + s2 = 2sm cos kx coswt ; (1) čia sm – sklindančios bangos amplitudė, ω= 2πv – jos ciklinis dažnis, k = 2π ⁄λ – banginis skaičius. (1) lygtis – tai svyravimų lygtis, kurių amplitudė s* = 2sm |cos kx| (2) yra periodinė koordinatės x funkcija. Taškuose, kurių koordinatė x tenkina lygtį kx = 0, π, 2π, 3π,... (3) nuokrypio amplitudė yra didžiausia ir lygi 2sm . Šie taškai vadinami stovinčiosios bangos nuokrypio pūpsniais. Taškuose, tenkinančiuose sąlygą kx = (4) virpesių amplitudė lygi nuliui. Šie aplinkos taškai nevirpa ir juos vadiname stovinčiosios bangos nuokrypio mazgais. Garso greitis ore apskaičiuojamas pirma radus bangos ilgį: λ = (5) čia n – pūpsniu skaičius, Δl = ln – l0 – iš galinio pūpsnio nuotolio atimti pradini nuotolį. Ir gerso greitis randams: v = λ · f Oras, kaip ir visos dujos, pasižymi tik tūriniu tamprumu, todėl garso bangos yra išilginės. Jas sudaro periodiškai besikaitaliojantys oro sutankėjimai ir praretėjimai, kurie nuolat tolsta nuo garso šaltinio. Sutankėjimo vietose temperatūra pakyla, praretėjimo – sumažėja. Dėl mažo oro šilumos laidumo šie sutankėjimo ir praretėjimo procesai, galima sakyti, vyksta be šilumos mainų, t.y. adiabatiškai. Adiabatinį procesą aprašo Puasono lygtis pVγ = const ir garso bangų greitį ore apibūdina adiabatinis tūrio tamprumo modulis K = γ·p. v = = = ; (6) Darbo aprašymas. Laboratorinio darbo įrenginio principinė schema parodyta 1 paveiksle. Ją sudaro tiesus stiklinis akustinis vamzdis 1, kurio viename gale įtaisytas garsiakalbis 2, o antrajame – mikrofonas 3. Jų membranos yra lygiagrečiose plokštumose. Mikrofonas prijungtas prie kompiuterio 4. Prie garsiakalbio prijungtas garsinių dažnių generatorius (GDG) 5, todėl generuojamos akustinės bangos sklinda vamzdžiu. Kaip ir kiekvienam kūnui, taip ir membranų ribojamam oro stulpui būdingi tam tikri virpesių savieji dažniai. Garso bangos ore mažai slopsta, todėl jos, atsispindėjusios nuo mikrofono membranos, sklinda priešinga kryptimi. Kai tarp garsiakalbio ir mikrofono membranų yra tam tikras nuotolis, vamzdyje gaunamos stovinčiosios bangos. Mikrofonas ne tik pasyviai atspindi garso bangas,, bet ir akustinius virpesius transformuoja į elektrinius: jei mikrofonas yra stovinčiosios bangos slėgio pūpsnyje, gauname didžiausią elektrinių virpesių amplitudę, jei mazge – mažiausią (2 pav.). Atstumas tarp dviejų gretimų pūpsnių (arba mazgų) lygus pusei sklindančiosios bangos ilgio (λ/2). Tuo naudojamasi matuojant bangos ilgį. 1. Gerai susipažįstame su naudojamais įrenginiais, juos įjungiame į elektros tinklą, paruošiame darbui GDG bei kompiuterį. Įjungus generatorių automatiškai pradedamas generuoti 1 kHz sinusinės formos signalas. Rekomenduojama pasikeisti indikuojamo signalo dažnio daugiklį (Hz, kHz ar MHz) į kHz (jei iškart nėra indikuojama kHz). Tam reikia du kartus paspausti dažnio keitimo rankenėlę 2. Mygtukais 3 keičiama dažnio nustatymo žymeklio padėtis. Rankenėle 2 keičiama dažnio nustatymo žymekliu parinkta dažnio vertės skiltis. Garsiakalbio skleidžiamo garso intensyvumas keičiamas garsiakalbio galinėje dalyje esančia rankenėle. Darbo eiga. 1. Tyrimo pradžioje garso generatoriumi nustatome atitinkamai prašomus garso parametrus (1, 1.5, 2 ir 2.5 KHz) 2. Strypą su pritvirtintu mikrofonu atitraukiame netoli dešiniojo akustinio vamzdelio galo. 3. Lėtai stumiame strypą su mikrofonu į kairę ir stebime virpesių amplitudę ekrane. Kai virpesių amplitudė bus didžiausia, mikrofonas bus stovinčios bangos pūpsnyje. Užsirašome jo atstumą nuo garsiakalbio milimetrais. 4.Stumiame strypą su mikrofonu iki kol randame paskutinį pūpsnį, užsirašome jo atstumą nuo garsiakalbio. 5.Suskaičiuojame atstumą (l) tarp pirmo ir paskutinio pūpsnio △l = l(galinis)-l(pradinis) 6. Suskaičiuojame bangos ilgį (), atstumą tarp pirmo ir paskutinio pūpsnio padalindami iš mazgų (tarpų tarp pūpsnių () ) skaičiaus ir padaugindami is 2 (,nes atstumas tarp mazgų yra skaičiuojamas ( )) 7. Garso greitį apskaičiuojame bangos ilgį () daugindami iš nustatyto dažnio () 8. Patraukiame mikrofoną atgal į pradinę padėtį dešinėje ir kartojame bandymą pakeitus garsinius parametrus. 9. Apskaičiuojame g R = 8,314 J * mol-1 * K-1 M=29.2*10-3 kg*mol-1 T=(273+20) K --- 2. Bandymą pradėti nuo 1 kHz dažnio. 3. Strypą su pritvirtintu mikrofonu atitraukiame netoli dešiniojo akustinio vamzdelio galo. 4. Lėtai stumiame strypą su mikrofonu į kairę ir stebime virpesių amplitudę ekrane. Kai virpesių amplitudė bus didžiausia, mikrofonas bus stovinčios bangos pūpsnyje. Užsirašome jo padėtį milimetrais. Matavimo metu radus stovinčios bangos pūpsnį (maksimalią amplitudę) matoma amplitudė turėtų užimti apie 2/3 viso ekrano (kaip parodyta 4 pav.) aukščio. Jei ekrane matomo signalo viršūnės „apkarpytos“ būtina sumažinti garso intensyvumą ant garsiakalbio esančia rankenėle, kol „apkarpymo“ efektas išnyks. 5. Toliau lėtai stumiame mikrofoną į kairę iki galo ir pasižymime nuotolius tarp pūpsnių: Apskaičiuojame λ (5 formule). Aprašytus veiksmus atliekame dar esant 1,5 kHz, 2 kHz ir 2,5 kHz dažniams. 6. Iš formulės v=λi fi apskaičiuojame greitį ore. 7. Kelvino skalėje užrašę oro temperatūrą, iš 6 formules išsireiškiame ir apskaičiuojame γ. 8. Baigus darbą kompiuteris išjungiamas (kelias sekundes palaikius įjungimo/išjungimo mygtuką bei atsiradusiame dialogo lange pasirinkus „OK“). Matavimo ir skaičiavimų rezultatus surašome į lentelę. R=8.314 J/mol·K M=29.2·103 Kg/mol T=273+20 K f, Hz λ, m V, m/s

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!