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Schallwellen und Doppler-Verschiebung
 

Schallwellen und Doppler-Verschiebung

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Im Gegensatz zu Lichtwellen sind Schallwellen Störungen, die durch ein Medium, das solide sein könnte, Gas oder Flüssigkeit zu propagieren.

Lichtwellen sind transversalen Wellen, die Schwingungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Während Schallwellen longitudinale Druckwellen deren Schwingungen parallel zur Ausbreitungsrichtung sind.

In diesem Video werden wir erforschen verschiedene Eigenschaften von Schallwellen, und erfahren Sie mehr über den Doppler-Effekt – ein Phänomen entdeckt von österreichischen Physiker Christian Doppler. Als Nächstes lernen wir, wie zur Messung der Schallgeschwindigkeit aus Lautsprechern und Doppler-Effekt im Labor zu visualisieren. Zu guter Letzt sehen wir einige Beispiele, wo diese Konzepte gelten.

Beginnen wir mit der Diskussion der Eigenschaften von Schallwellen und der Doppler-Verschiebung Phänomen. Wenn Sound durch die Schwingung eines Objekts, z. B. einer Gitarrensaite eingeführt wird erleben Sie die Partikel in der Luft vorwärts und rückwärts Bewegung.

Dies schafft Regionen in der Luft, wo Partikel komprimiert, genannt Kompressionen oder gespreizt, genannt Verdünnungen. Diese Funktionen können verwendet werden, definieren die Beziehung zwischen der Schallwellen Geschwindigkeit und Frequenz.

Der Abstand zwischen den Kompressionen ist die Wellenlänge oder Lambda, hat die Einheit Meter. Frequenz ist die Anzahl der Wellenlänge Zyklen pro Sekunde in Hertz ausgedrückt wird. Die Schallgeschwindigkeit ist das Produkt dieser beiden Qualitäten.

Da die Schallwellen durch Kompression der Partikel im Medium fahren, die Dichte der Luftmoleküle haben eine Auswirkung auf die Geschwindigkeit des Schalls. Die Dichte der Luft hängt von der umgebenden Temperatur, so dass die Geschwindigkeit der Schallwelle auch von der Temperatur hängt.

Unter der Annahme, dass die Luft im Stillstand, kann die Geschwindigkeit der Schallwelle durch Luft berechnet werden, mit Hilfe der folgenden Gleichung, wo Tc wird die Lufttemperatur in Grad Celsius.

Wenn die Luft bewegt, ändert sich die Geschwindigkeit des Schalls abhängig von der Richtung der Luftbewegung. Zum Beispiel wenn die Schallwelle in die entgegengesetzte Richtung von starkem Wind bewegt, sinkt die Geschwindigkeit der Wellen durch die Geschwindigkeit des Windes.

Nun, schauen wir, was passiert, wenn die Quelle des Geräusches in Bewegung ist. Nehmen Sie zum Beispiel einen Krankenwagen emittierende eine Sirene mit einer festen Frequenz ft. Der Krankenwagen nähert, nimmt die wahrgenommene Tonhöhe der Sirene, fr, bis er Sie erreicht. Dies liegt daran wie die Sirene auf Sie zubewegt, die relativen Positionen der Schallwellen zusammen Haufen, und der Klang scheint eine höhere Frequenz als die Sendefrequenz zu haben.

Mit der gleichen Logik, als der Krankenwagen fährt los ertönt die Sirene in einer niedrigeren Tonhöhe wie die Schallwellen gespreizt und der Klang scheint eine niedrigere Frequenz als die Sendefrequenz. Der Unterschied zwischen der ausgesandten und wahrgenommenen Frequenzen zu einem bestimmten Zeitpunkt wird der Doppler-Effekt oder der Doppler-Verschiebung genannt.

Jetzt, wo wir die Grundlagen der Schallwellen und der Doppler-Verschiebung besprochen haben, werfen wir zunächst einen Blick auf die Schallgeschwindigkeit bei verschiedenen Frequenzen zu messen. Dann werden wir zeigen, wie der Doppler-Effekt mit einer beweglichen Vorrichtung zu visualisieren.

Richten Sie zunächst zwei Lautsprecher, die einander auf einer optischen Bank. Verbinden Sie einen Lautsprecher mit einem Funktionsgenerator mit ein BNC-t-Stück mit der Gegenseite die BNC-t auf Kanal 1 oder A auf einem Oszilloskop angeschlossen

Dann schließen Sie den zweiten Lautsprecher um 2 oder B auf dem Oszilloskop zu kanalisieren.

Der Funktionsgenerator und Oszilloskop schalten Sie, und stellen Sie das Wählrad auf der Funktionsgenerator, eine Welle mit 5 kHz Frequenz zu produzieren. Der Lautsprecher verbunden, der Funktionsgenerator sollte eine stetige Steigung produzieren, das klingt nach einem Alarm. Zwei 5kHz-Wellen, die aus der Phase mit einander sind, sollte eine für die emittierende Lautsprecher und eine für den empfangenden Lautsprecher in verschiedenen Farben auf dem Oszilloskop angezeigt werden.

Schieben Sie langsam den Lautsprecher auf Kanal B entlang der Bank verbunden, bis die zwei Wellen phasengleich sind. Notieren Sie den Abstand zwischen den beiden Lautsprechern.

Als nächstes schieben Sie langsam des Kanal B-Lautsprechers von der emittierenden Lautsprecher, so dass die Wellen phasenverschoben sind. Fahren Sie fort, die Lautsprecher nach hinten schieben, bis die Wellen wieder phasengleich sind. Notieren Sie den neuen Abstand zwischen den Lautsprechern. Wiederholen Sie das Experiment für 8 kHz und 3 kHz Frequenz

Um die Geschwindigkeit der Soundwave zu berechnen, subtrahieren Sie zuerst die endgültige Entfernung von der ersten, die Wellenlänge der Schallwelle zu geben. Verwenden Sie dann diesen Wert und die Frequenz, um die Geschwindigkeit zu erhalten. Beachten Sie die umgekehrt proportionale Beziehung zwischen Wellenlänge und Frequenz.

Vergleichen Sie die experimentelle Geschwindigkeiten mit der erwarteten Geschwindigkeit über die Temperatur des Raumes. Die experimentellen Werte für unterschiedliche Frequenzen erscheinen etwa gleich sein, und der Unterschied zwischen ihnen und der erwartete Wert ist gleich oder weniger als ein Prozent.

Binden Sie zuerst ein ein Meter langes Stück Schnur zum Jahresende einen Doppler Apparat. Wenn auf Hüfthöhe gehalten, sollte das Gerät nah an, aber nicht den Boden berühren.

Als nächstes schließen Sie ein Mikrofon mit einem Oszilloskop-Kanal und positionieren Sie das Mikrofon in einem festen Abstand-1,50 m--aus wo du stehst.

Schalten Sie des Geräts Doppler ein, und halten sie im Ort 1,5 m Entfernung vom Mikrofon. Die Welle auf dem Oszilloskop zu beobachten.

Beginnen Sie schwingen den Apparat um im Kreis bei konstanter Geschwindigkeit. Die Beobachtung der schwingenden Apparat feststellen, dass die Tonhöhe oder Frequenz, höher als es wird schwingt näher an sie und senken, wie es entfernt swingt.

Gleichzeitig wird das Oszilloskop zeigen mehr Wellen oder einer höheren Frequenz, wenn das Gerät nahe am Mikrofon. Wenn das Gerät weit von das Mikrofon nimmt die Häufigkeit.

Sound und Schallwellen finden sich im Alltag und sind in vielen Bereichen der Kunst, Wissenschaft und Medizin verwendet.

Wenn jemand ein Open-End Luft Spalte Instrument wie die Trompete, nutzt erstellen die Schallwellen im Inneren der Röhre produziert Musik. Wie Luft in das Gerät geschoben wird, tritt eine Schwingung im Inneren, die bewirkt, die Druckwellen dass, die Innenseiten der Röhre zu reflektieren.

Nur Druckwellen bestimmte Wellenlängen und Frequenzen innerhalb der Röhre passen und in Resonanz, Klang. Alle anderen Wellenlängen und Frequenzen gehen verloren.

Der Doppler-Effekt ist die Grundlage für die Doppler-Ultraschall-Instrument, welches für vaskuläre Bewertung verwendet wird. Das handheld Doppler-Gerät besteht aus einer Sonde, die auf die Haut des Patienten gelegt wird. Die Sonde sendet Ultraschallwellen bei einer bestimmten Frequenz, welche aus den Blutkörperchen widerspiegeln und durch das empfangende Element in der Sonde erkannt werden. Die Geschwindigkeit des Blutflusses ist offensichtlich durch die Änderung der Frequenz der reflektierten Welle.

Sie habe nur Jupiters Einführung der Doppler-Effekt beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen die grundlegenden Prinzipien des Doppler-Effekts, wie man die Geschwindigkeit von Schallwellen im Labor, und einige Anwendungen der Technik in der realen Welt zu messen. Danke fürs Zuschauen!

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