Prezentacja programu PowerPoint

1
Efekt Dopplera
Piotr Slonina Marcin Pol
2
Spis tresci

• Christian Andreas Doppler
• Przypomnienie istoty efektu Dopplera
• Zastosowanie w medycynie
• Zastosowanie meteorologii
• Efekt Dopplera i radar
• Astronomia

3
Christian Andreas Doppler
Urodzil sie 29 listopada 1803 r. w Salzburgu w
Austrii. Studiowal w Wiedniu i Salzburgu. Pózniej
wykladal matematyke i fizyke na politechnice w
Pradze. W roku 1841 zostal profesorem zwyczajnym
matematyki i fizyki na Uniwersytecie Karola w
Pradze. 25 maja 1842 roku oglosil, a w 1843 roku
opublikowal swoja najwazniejsza prace O
kolorowym swietle gwiazd podwójnych i niektórych
innych cialach niebieskich (niem. Über das
farbige Licht der Doppelsterne und einige andere
Gestirne des Himmels) - w której opisal efekt
Dopplera. Teoria ta zostala potwierdzona
empirycznie w czerwcu 1845 roku. Doppler podczas
pracy jako profesor opublikowal ponad 50 prac
naukowych z fizyki, matematyki i
astronomii. Podczas niepokojów w czasie Wiosny
Ludów w 1848 roku przeprowadzil sie ze swoja
rodzina do Wiednia, gdzie w roku 1850 cesarz
Franciszek Józef powolal go na stanowisko
dyrektora Instytutu Fizyki Uniwersytetu
Wiedenskiego. Zostal tam pierwszym profesorem
fizyki doswiadczalnej. W 1853 roku zmarl w
Wenecji.
4
Istota efektu Dopplera

• Obserwator pozostaje w spoczynku, zródlo dzwieku
  porusza sie sie

f
f
Vz
vzT
?
?
?
?
5
Obserwator pozostaje w spoczynku, zródlo dzwieku
porusza sie
6
Istota efektu Dopplera
2) Obserwator porusza sie, zródlo dzwieku
pozostaje w spoczynku
7
Obserwator porusza sie, zródlo pozostaje w
spoczynku
8
(No Transcript)
9
Zastosowanie w medycynie
W obrazowych badaniach diagnostycznych cenna
informacja jest nie tylko ksztalt anatomicznych
struktur, lecz takze kierunek i predkosc
poruszania sie tkanek. Ruch takich plynów
ustrojowych jak krew mozna obserwowac mierzac
zmiany czestotliwosci oraz fazy fal dzwiekowych
odbitych od plynacej cieczy.
10
Echokardiografia
Udoskonaleniem konwencjonalnych aparatów
ultrasonograficznych bylo wprowadzenie
ultrasonografii dopplerowskiej. Jezeli glowica
ultradzwiekowa potrafi rejestrowac nie tylko
opóznienie echa wysylanego dzwieku, lecz równiez
jego wysokosc lub faze, wtedy na obrazie
diagnostycznym mozna kolorami umownymi zobrazowac
ruch ciala. Przykladem moze byc tutaj
echokardiografia. Dla kardiochirurgów bardzo
wazne jest okreslenie nie tylko struktury
anatomicznej serca, ale równiez predkosci i
kierunku ruchu krwi przeplywajacej w tej
biologicznej pompie. Obserwacja bijacego serca
plodu umozliwia wykrycie wad rozwojowych jeszcze
w lonie matki. Lekarze majac wiedze o zagrozeniu
moga przygotowac sie na trudnosci po porodzie.
11
Echokardiografia przezklatkowa

• Badanie wykonywane poprzez sciane klatki
  piersiowej, umozliwiajace obrazowanie serca w
  trybach
• jednowymiarowym (M-mode) - umozliwiajace ocene
  wymiarów serca
• dwuwymiarowym (2D) - umozliwiajacym pomiary
  powierzchni i objetosci oraz obliczenie frakcji
  wyrzutowej
• trójwymiarowym (3D) - umozliwia ocene struktur
  serca w perspektywie (obraz przestrzenny), co
  umozliwia dokladna ocene serca w przypadku wad
  serca przed zabiegami kardiochirurgicznymi.
• badanie dopplerowskie - oparte na wykorzystaniu
  zjawiska Dopplera, umozliwiajace pomiar predkosci
  ruchu tkanek odbijajacych emitowana wiazke
  ultradzwieków.

12
Pomiar predkosci krwi w tetnicy szyjnej wspólnej
13
Astronomia

• Spektroskopia astronomiczna
• Teoria rozszerzajacego sie wszechswiata
• Eksploracja kosmosu

14
Spektroskopia astronomiczna

• Spektroskopia astronomiczna jest to dzial
  astrofizyki, który uzywa metod spektroskopii do
  badania cial niebieskich. Spektroskopia
  astronomiczna jest obecnie glównym narzedziem
  badawczym astronomii.
• W kregu zainteresowan spektroskopii
  astronomicznej lezy badanie natezenia, czyli
  jasnosci promieniowania dla danej dlugosci fali,
  rozmieszczenia i szerokosci tzw. linii
  Fraunhofera. Poprzez badanie widma uzyskuje sie
  informacje o srodowisku, w którym powstala fala,
  lub przez które zostala czesciowo pochlonieta.
  Porównujac wyniki badan widm kosmicznych z
  liniami uzyskiwanymi dla pierwiastków i zwiazków
  chemicznych wystepujacych na Ziemi mozna
  wnioskowac np. o skladzie chemicznym gwiazd.
  Rozklad widmowy ich swiatla zalezy nie tylko od
  skladu chemicznego, ale takze w prosty sposób od
  temperatury. Dzieki temu mozna wyznaczyc jedna z
  najwazniejszych wlasciwosci gwiazd - ich
  temperature powierzchniowa. Badajac przesuniecie
  charakterystycznych linii w widmie zgodnie z
  efektem Dopplera, uzyskuje sie informacje o
  predkosci przyblizania, badz oddalania sie
  gwiazdy, a w przypadku ukladów podwójnych i
  wielokrotnych mozna posrednio wnioskowac o masie
  i innych wlasciwosciach fizycznych cial ukladu.

15
Teoria rozszerzajacego sie wszechswiata
Swiatlo gwiazdy charakteryzuja linie widmowe
zalezne od znajdujacych sie w nich atomów. Jezeli
gwiazda oddala sie (ucieka) od obserwatora, to
linie widmowe beda przesuniete w kierunku
czerwieni (wiekszych dlugosci). Gdy na poczatku
XX w. astronomowie zaczeli obserwowac swiatlo
odleglych galaktyk okazalo sie, ze wszystkie one
maja linie widmowe przesuniete ku czerwieni.
Oznacza to, ze gwiazdy te oddalaja sie od nas,
jak na rysunku. Na dodatek, im dalej galaktyka
sie znajduje, tym szybciej od nas ucieka, a jej
swiatlo jest bardziej przesuniete w kierunku
wiekszych dlugosci fali (czerwone). Pomiary te
doprowadzily do sformulowania prawa Hubble'a oraz
teorii rozszerzajacego sie wszechswiata.
16
Prawo Hubble'a
Prawo Hubble'a jest podstawowym prawem
kosmologii obserwacyjnej, wiazacym odleglosci
galaktyk r z ich tzw. predkosciami ucieczki v
(których miara jest przesuniecie ku czerwieni z).
Prawo to mówi, iz te dwie wielkosci sa do siebie
proporcjonalne, a stala proporcjonalnosci jest
stala Hubble'a H0 v0 Hr Istnienie takiej
proporcjonalnosci zauwazyl jako pierwszy Edwin
Hubble w roku 1929. Zaleznosc ta jest prawdziwa
dla galaktyk odpowiednio nam bliskich, lecz na
tyle dalekich, ze nie sa juz powiazane
grawitacyjnie z Droga Mleczna i ogólniej z Grupa
Lokalna. Spelnianie przez pobliskie galaktyki
prawa Hubble'a przemawia za jednorodna ekspansja
Wszechswiata, a odstepstwa od tego prawa sa
zwiazane z tzw. predkosciami swoistymi galaktyk.
W jednorodnie ekspandujacym Wszechswiecie, prawo
Hubble'a (z odpowiednia stala proporcjonalnosci,
zalezna od czasu kosmicznego) jest lokalnie
spelnione dla wszystkich obserwatorów
fundamentalnych.
17
Eksploracja kosmosu
Jezeli gwiazda wedruje w kosmosie razem z innym
obiektem, oba ciala obracaja sie wzgledem
wspólnego srodka masy. Pomiary zmian przesuniecia
linii widmowych niektórych gwiazd wykazaly, ze
okrazaja je planety. W ten sposób astronomowie
odkryli setki duzych planet poza ukladem
slonecznym.