Kiến thức Phổ thông

Tìm hiểu Hiệu ứng ánh sáng Doppler là gì và cách cảnh sát dùng nó để “bắn tốc độ”

Hiệu ứng ánh sáng Doppler là gì?

Các sóng ánh sáng từ một nguồn chuyển động sẽ tuân theo hiệu ứng ánh sáng Doppler dẫn đến sự dịch chuyển màu đỏ hoặc sự thay đổi màu xanh trong tần số của ánh sáng. Đây là một kiểu tương tự (mặc dù không giống hệt) với các loại sóng khác, chẳng hạn như sóng âm thanh. Sự khác biệt chính là sóng ánh sáng không cần phương tiện để di chuyển, do đó, ứng dụng cổ điển (dành cho âm thanh) của hiệu ứng Doppler không áp dụng chính xác cho tình huống này.

Hiệu ứng Doppler tương đối cho ánh sáng

Hãy xem xét hai đối tượng: nguồn sáng và người quan sát. Vì sóng ánh sáng truyền trong không gian chân không, chúng ta phân tích hiệu ứng Doppler cho ánh sáng theo chuyển động của nguồn so với người nghe. Ta thiết lập hệ thống tọa độ của mình sao cho hướng tích cực là từ người nghe hướng về nguồn.

Vì vậy, nếu nguồn đang di chuyển ra khỏi người nghe, vận tốc v của nó là dương, nhưng nếu nó đang di chuyển về phía người nghe, thì v là âm. Người quan sát, trong trường hợp này, luôn được coi là ở trạng thái nghỉ (vì vậy v thực sự là tổng vận tốc tương đối giữa chúng). Tốc độ của ánh sáng c luôn được coi là dương.

Người quan sát nhận được một tần số fL sẽ khác với tần số được truyền bởi fS nguồn. Điều này được tính toán với cơ học tương đối tính, bằng cách áp dụng sự co rút chiều dài cần thiết và có được mối quan hệ: fL = sqrt [( c – v)/( c + v)] * fS

Các ứng dụng

Cảnh sát sử dụng Hiệu ứng ánh sáng Doppler này trong các hộp radar mà họ sử dụng để theo dõi tốc độ của các phương tiện di chuyển. Sóng vô tuyến được truyền ra ngoài, va chạm với một chiếc xe và dội ngược lại. Tốc độ của phương tiện (đóng vai trò là nguồn phát sóng phản xạ) xác định sự thay đổi tần số. Từ đó cảm biến của hộp có thể ước lượng được tốc độ mà chiếc xe đang di chuyển.

Sự dịch chuyển Doppler này cũng được sử dụng để theo dõi các vệ tinh. Bằng cách quan sát tần số thay đổi như thế nào, bạn có thể xác định vận tốc tương ứng với vị trí của mình, điều này cho phép theo dõi trên mặt đất để phân tích chuyển động của các vật thể trong không gian. Trong thiên văn học, những thay đổi này tỏ ra hữu ích. Khi quan sát một hệ thống có hai ngôi sao, bạn có thể biết được cái nào đang di chuyển về phía bạn và cách xa bằng cách phân tích tần số thay đổi như thế nào.

Thậm chí đáng kể hơn, bằng chứng từ việc phân tích ánh sáng từ các thiên hà xa xôi cho thấy ánh sáng trải qua sự dịch chuyển. Những thiên hà này đang di chuyển khỏi Trái đất. Trong thực tế, kết quả của điều này là một chút ngoài hiệu ứng Doppler đơn thuần. Đây thực sự là kết quả của việc mở rộng không thời gian, như được dự đoán bởi Thuyết tương đối rộng. Phép ngoại suy của bằng chứng này, cùng với các phát hiện khác, ủng hộ bức tranh “vụ nổ lớn” về nguồn gốc của vũ trụ.

Xem thêm:

Quán tính là gì và định luật chuyển động

Quán tính là gì? Quán tính là tên của xu hướng của một vật thể đang chuyển động để duy ...
Xem thêm

Thuyết M là gì: Định nghĩa, tính chất và giả thiết

Định nghĩa Thuyết M M-Theory - hay còn gọi là Thuyết M, là tên của một phiên bản thống nhất ...
Xem thêm

Thang đo nhiệt độ Kelvin là gì?

Định nghĩa thang đo nhiệt độ Kelvin Thang đo nhiệt độ Kelvin là thang đo nhiệt độ tuyệt đối dựa ...
Xem thêm

Chuyển động quanh trục là gì?

Sự chuyển động xoay quanh một trục cố định là gì? Định nghĩa trục quay : là đường thẳng đi ...
Xem thêm

11 hằng số vật lý cơ bản mà ai cũng phải biết

Vật lý được mô tả bằng ngôn ngữ toán học, và các phương trình của ngôn ngữ này sử dụng ...
Xem thêm

Sự nóng chảy là gì?

Định nghĩa sự nóng chảy Nóng chảy là quá trình một chất thay đổi từ pha rắn sang pha lỏng ...
Xem thêm
Back to top button
Close

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker