Эффект Доплера в классической физике (1188453), страница 4
Текст из файла (страница 4)
ПоПетцвалю при неподвижных источнике и приёмнике воспринимаемая частота совпадала с излучаемой. Но и по Доплеру в этом случаедолжно быть то же самое. Петцваль вывел и формулы (45), (46), носчитал, что положения, из которых при этом он исходил, неверны,а посему неверны и формулы. Ирония судьбы: впоследствии Дунери Мах признали петцвальское доказательство наиболее удачным ивесьма общим [14]. Хотя взгляды Петцваля оказались ошибочными,его статьи породили сомнения и на два десятилетия задержали признание принципа Доплера.В 1859 г.
Кирхгоф и Бунзен открыли спектральный анализ, показав, что каждый элемент характеризуется своим линейчатым спектром. В 1868 г. Хеггинс [15] обнаружил смещение линий водородав спектре Сириуса в красную сторону (по сравнению со спектромводорода на Земле), что указывало на удаление звезды от Земли с«разумной» скоростью около 50 км/с.Прямым подтверждением формул Доплера явились наблюдения Фогеля (Германия, 1871 г. [16, 25]). Спектрограф, изобретённыйЦельнером, позволил Фогелю наблюдать друг под другом спектрыпротивоположных краёв солнечного экватора. Спектральный интервал между положениями в этих спектрах одной и той же линииФраунгофера приводил по Доплеру к относительной скорости краёвоколо 4 км/с; та же скорость, вычисленная по смещению солнечныхпятен, получалась 4,0 км/с.
Более поздние и более точные измерения Юнга (Англия, 1876 г. [17]), Толлона (Франция, 1879 г. [18]) и25других дали по Доплеру для скоростей точек экватора Солнца значение 2,3 км/с (т. е. относительную скорость противоположных краёв4,6 км/с). Примерно в эти годы вспомнили и о работе Физо (1848г., [24]), который показал, что эффект Доплера должен приводить кмалому смещению спектральных линий при движении с орбитальнойскоростью Земли.В 1889 г.
Фогель определил по смещению линий в спектре Венеры её орбитальную скорость, которая совпала со скоростью, известной из астрономических наблюдений. К 90-м годам XIX столетияпринцип Доплера для света подтвердился многими астрономическими наблюдениями, а позже уже использовался для решения некоторых проблем, как, например, строение колец Сатурна [8].Успех астрофизических измерений не отменял необходимостипроверки в лаборатории, поскольку априори нельзя было отрицатьвозможного влияния на смещение спектральных линий межзвёздного пространства или условий возникновения свечения звёзд. В 1855году такая попытка была сделана Ангстремом [14, 21], использовавшим в качестве источника света частицы, вырываемые электрической искрой с концов электродов. Ангстрем не обнаружил эффекта.Позднее выяснилось: он преувеличивал скорости частиц, оказавшиеся всего ∼ 0,1км/с, и, кроме того, работал на спектральном приборес недостаточной дисперсией.В 1890-х годах для опытов реальными представлялись два пути:либо создание быстродвижущегося источника света, либо использование спектрального прибора с большой дисперсией.
Первый способбыл осуществлён Белопольским (Россия, 1900 г. [12]), второй — Фабри и Бюиссоном (Франция, 1914 г. [20]).Быстродвижущийся источник в опытах Белопольского возникалза счёт многократного отражения света от параллельных сближающихся или удаляющихся зеркал (см.
рис. 11), заимствованныйиз [11]). Из геометрической оптики следует: при одновременномдвижении зеркал с одинаковыми и противоположно направленными скоростями -е изображение движется вдоль луча со скоростью = 2 cos , где — модуль скорости зеркал, — угол падения (вопытах Белопольского ≈ 4∘ ). При сближении зеркал -е изображение приближается к наблюдателю, при удалении — удаляется.Установка состояла из двух колёс, каждое с 8-ю зеркалами — лопастями, вращавшихся электромоторами, то в одном, то в другомнаправлении.
Источником света служило Солнце, лучи которого направлялись гелиостатом. Скорость изображения Солнца составляла26гелиостатabdcefспектроскопРис. 11. Создание быстродвижущегося источника в опытах Белопольского0,67 км/с; регистрировалась область 430–450 нм. Друг под другомфотографировались спектры при удалении и сближении зеркал, таким образом, разность положений фраунгоферовой линии соответствовала относительной скорости 1,34 км/с. Результаты с погрешностью ∼ 5% совпадали с расчётами по Доплеру.В 1907 г.
на усовершенствованной установке Белопольского (источник — ртутная лампа, спектральный прибор — эшелон Майкельсона) Голицын и Вилип [19] получили согласие с расчётами по Доплеру 2,5%.В опытах Фабри и Бюиссона движущимся источником света служила точка на краю вращающегося белого картонного диска, освещаемого ртутной лампой. В качестве спектрального прибора использовался интерферометр Фабри—Перо.
При линейной скорости точки0,1 км/с измеренный и рассчитанный по Доплеру сдвиги спектральной линии отличались в пределах 2%. В начале XX века оптическийэффект Доплера подтвердился и в опытах с каналовыми лучами, гдескорости атомов-излучателей достигают ∼ 1000 км/с [21].27Литература1.Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды. —M.: Наука, 1946.2.Gill T.P. The Doppler effect. — London: Logos Press, Acad.
Press,1965.3.Кологривов В.Н. Нетрадиционная трактовка эффекта Доплера // Физическое образование в вузах. — 2002. — № 2.4.Кологривов В.Н. История признания эффекта (принципа) Доплера // Исследования по истории физики и механики. 2001. —М.: Наука, 2002. — С. 218–226.5.Doppler Ch. Ueber das farbige Licht der Doppelsterne und einigeranderer Gestirne des Himmels // Prag, Borrosch & Andre. —1842. — 18 p.6.Doppler Ch. Abhandlungen, Leipzig, 1907. — 194 p.7.Eden A.
The search for Christian Doppler. — Springer-Verlag,Wien, 1992. — 136 p.8.Haas K. Christian Doppler und seine Entdeckungen. — Festvortrag,Wien, 1904. — 15 p.9.Bolzano B. Ein paar Bemerkungen über die neue Theorie in HerrnProf. Doppler’s Schrift “Ueber das farbige Licht. . . ” // Ann. Phis. —1843. — N 60. — P. 83–88.10. Buijs-Ballot C.H.D. Akustische Versuche auf der NiederländischenEisenbahn, nebst gelegentlichten Bemerkungen zur Theorie desProf. Doppler // Ann. Phys. — 1845.
— N 66. — P. 321–351.11. Белопольский А.А. О принципе Доплера // Известия русскогоастроном. общества. — 1898. — Вып. 6. — С. 413–421.12. Белопольский А.А. Опыт исследования принципа Доплера—Физо, не прибегая к космическим скоростям // Астрономические труды. — М.: Гостехиздат, 1954.
— 320 с.2813. Белопольский А.А. Современные задачи астрономии. Расстояния и движения звезд // Астрономические труды. — М.: Гостехиздат, 1954. — 320 с.14. Белопольский А.А. Астроспектроскопия. Курс астрофизики,Т. 3. — ПГ, Научное книгоиздательство, 1921. — 277 с.15. Huggins W. Observations on the spectra of some of the stars andnebulae // Phil. Trans. — 1868. — V. 158. — P. 529–564.16. Vogel C.H.
Spektralanalitische Untersuhungen an der Sonne //Astr. Nach. — 1872. — N 78. — P. 248–250.17. Young Ch. Observation on the displacement of lines in the solarspectrum caused by sun’s rotation // Amer. J. Sci. — 1876. —V. 12. — P. 321–328.18. Tollon L. Deplacement de raies spectrales due au mouvement duSoleil // C.R. — 1879. — V. 88. — P. 169–171.19. Golicyn B., Wilip J. Experimentelle Prüfung des DopplerschenPrinzip für Lichtstrahlen // Astrophys. J.
— 1907. — V. 26. — P. 49–58; Известия АН. — 1907. — Т. 1. — С. 213–224;20. Fabry Ch., Buisson H. Verification èxperimentale du principeDoppler—Fizeau // C.R. — 1914. — V. 158. — P. 1498–1499.21. Франкфурт У.И., Френк А.М. Оптика движущихся тел. —М.: Наука, 1972. — 212 с.22. Спасский Б.И. История физики. Ч.
II. — М.: Высшая школа,1977. — С. 155–156.23. Petzval J. Über die Unkömmlichkeiten gewisser populärerAnschaungsweisen in der Undulationstheorie und ihre Unfähigkeitdas Prinzip der Erhaltung der Schwingungsdauer zu ersetzen //Sitzungsber. d. Kaiserl. — Acad. d. Wiss., Wien, 1853.
— N 8. —P. 384.24. Fizeau H. Sur les phénoménes que presente le son lorsque le corpssonore ou l’observateur sont en mouvement, et sur les phénoménescorrespondants que doit presenter la lumiére // L’Instit. — 1849. —V. 17. — P. 11.2925. Vogel C.H. Spektralanalitische Untersuhungen an der Sonne //Astr. Nach.
— 1873. — N 82. — P. 291–229.26. Petzval J. Über ein allgemeines Prinzip der Undulationslehre:Gesetz der Erhaltung der Schwingungsdauer // Sitzungsber. d.Kaiserl. — Acad. d. Wiss., Wien, 1852. — N 8. — P. 134.30СодержаниеПредисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .31. Исходные представления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32. Стационарная среда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.1. Одномерное движение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2. Движение в пространстве . . . . . . . . . . . . . . . . . 103. Нестационарная среда . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 134. Итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185. История признания эффекта (принципа) Доплера . . . . . . 19Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2831Учебное изданиеКОЛОГРИВОВ Виктор НиколаевичЭФФЕКТ ДОПЛЕРА В КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕУчебно-методическое пособиепо курсу Общая физикаРедактор О. П. Котова. Корректор И. А.
ВолковаПодписано в печать 04.05.2012. Формат 60 × 841/16 .Усл. печ. л. 2,0. Уч.-изд. л. 1,8. Тираж 200 экз. Заказ № 74.федеральное государственное автономное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Московский физико-технический институт (государственный университет)»141700, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский пер., 9rio@mail.mipt.ruОтдел оперативной полиграфии «Физтех-полиграф»141700, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский пер., 9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
