اثر دوپلر نسبیتی

[hamedof 5,183]

[center][img]http://gallery.military.ir/albums/userpics/10248/Besmellah_03.png[/img][/center]




باز هم من ! باز هم فیزیک ! اما اینبار بحثی رو مطرح خواهیم کرد که یه جورایی کاربرد زیادی در ارتباطات برون جوی خواهد داشت . این موضوع چیزی نیست جز اثر دوپلر نسبیتی . احتمالا چیزی که به ذهن شما میاد تغییر فرکانس صوت در اثر حرکت منبع و یا شنونده است. اما اشتباه نکنید این اثر دوپلر نسبیتی هیچ ربطی به صوت نداره! بلکه به امواج الکترومغناطیس مربوطه . البته چیزی که در اینجا مطرح می کنیم یکی از نتایج نسبیت خاص انیشتین هست . اما این اثر دوپلر نسبیتی فرم دیگری نیز داره که خاصل از نسبیت عام انیشتین هست ! محض اطلاع بگم که نسبیت خاص در مورد چارچوب های لخت ( ثابت و یا بدون شتاب ) مطرح شد ، اما نسبیت عام در مورد کلیه چارچوب ها صادقه ، گرانش رو هم مطرح می کنه در محاسباتش و تمامی مسائل اطراف ما رو پوشش میده !

اثر دوپلر نسبیتی زمانی استفاده میشه که منبع تولید موج الکترومغناطیس و یا دریافت کننده موج (البته محض اطلاع هرچه که اطراف ما وجود داره هم خاصیت موجی داره و هم خاصیت ذره ای!!! ) با سرعتی قابل مقایسه با سرعت نور حرکت کنه . در این حالت فرکانس تولید شده با فرکانس دریافت شده متفاوت خواهد بود . به این صورت که اگر منبع موج و دریافت کننده به سمت یکدیگر حرکت کنند جابجایی آبی (blueshift) رخ میده و موج دریافتی فرکانس بالاتری خواهد داشت ، در صورتی که اگر منبع و دریافت کننده موج از یکدیگر دور شوند ، در این صورت جابجایی قرمز (redshift) رخ میده و موج دریافتی فرکانس کمتری خواهد داشت .

اما اهمیت این موضوع در چیست؟ دو استفاده بزرگ از این اثر رو در زیر شرح دادم :

1- اولین استفاده ای که از این اثر شد در علم کیهان شناسی بود . در واقع مشاهده کردند که فرکانس موج دریافتی از اکثر کهکشان های جهان کوچکتر از فرکانس تولیدی آن هاست . در واقع این موج ها دچار redshift شده بوده اند ! این به این معنا بود که کهکشان ها از یکدیگر دور می شدند و انبساط جهان تایید شد .

2- استفاده در ارتباطات . خوب این اثر زمانی رخ میده که سرعت نسبی منبع موج با دریافت کننده قابل مقایسه با سرعت های نور باشه ، در غیر اینصورت فرکانس ها ثابت می باشند . اما در فضای اطراف ما چنین سرعتی مشاده نمی شود به صورت عادی بنابراین موجی که یک منبع موج ایجاد می کنه بدون تغییر به دریافت کننده میرسه اما در بیرون جو اجسام با سرعت های چند هزار متر بر ثانیه در حرکت می باشند ! همین موضوع باعث میشه تا به صورت ذاتی موجی که ماهواره ها تولید می کنند دچار یک نویز ذاتی شود و نسبت نویز افزایش یابد . حالا شما موشک بالستیکی رو فرض کنید که به وسیله ارتباطات ماهواره ای کنترل میشه . خودش با سرعت 6000 متر بر ثانیه داره حرکت می کنه ، ماهواره هم چند برابر این سرعت رو داره بنابراین امواج که فرامین کنترلی رو حمل می کنند دچار نویز و تغییر فرکانس شده اند . حالا خودتون می تونید حدس بزنید اگه اطلاعات درست پردازش نشوند چه آسیب هایی ممکنه بوجود بیاد ! کاهش دقت موشک ، امکان اعمال فرمانی ناخواسته ، عدم توانایی در ناوبری موشک و ...
خصوصا در ارتباطات کوانتومی این اثر دوپلر نسبیتی تا جایی که من می دونم به شدت مهمه و داخل محاسبات باید وارد شود ، البته در نسبیت عامش اثر نسبیتی دوپلر تحت گرانش مطرح میشه که هروقت خودم درکش کردم اینجا هم قرار میدم، بهش گفته میشه : اثر نسبیتی دوپلر کاملا گرانشی ؟![size=4]! [/size] [size=4] .[/size]

تصویر زیر تغییر فرکانس را با افزایش سرعت به سمت سرعت های بالا تا سرعت نور را نشان می دهد .

[center][img]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e0/XYCoordinates.gif[/img][/center]

من در اینجا صرفا فرمول این اثر را قرار می دهم ، اثبات این موضوع داخل اینترنت موجوده ، زیاد هم به کار نمیاد اثباتش ... .
در صورتی که منبع و دریافت کننده به یکدیگر نزدیک شوند :
f(observer)= [sqrt(1+v/c)/sqrt(1-v/c)]f(source
در این حالت جابجایی آبی رخ میدهد و فرکانس افزایش می یابد.
اما در صورتی که منبع و دریافت کننده از یکدیگر دور شوند خواهیم داشت :
f(observer)= [sqrt(1-v/c)/sqrt(1+v/c)]f(source
و جابجایی قرمز خواهیم داشت .

منابع :
[url="http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/relativ/reldop2.html"]http://hyperphysics....iv/reldop2.html[/url]
[url="http://en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_Doppler_effect"]http://en.wikipedia...._Doppler_effect[/url]
[url="http://cds.cern.ch/record/577094/files/0208128.pdf"]http://cds.cern.ch/r...les/0208128.pdf[/url]
[url="http://www.mrelativity.net/CompGravRelDopEffect/Complete%20Gravitational%20Relativistic%20Doppler%20Effect.htm"]http://www.mrelativi...pler Effect.htm[/url]
[center][b][color=#800080]نویسنده : حامد فاتحی[/color][/b][/center]
[center][b][color=#800080]MILITARY.IR All rights Reserved[/color][/b][/center]

[crazy-doctor 7,023]

تشکر از حامد عزیز به خاطر تاپیک های نابش .....

این اثر فقط در بعد ماکرو مورد توجه نیست جالب اینکه تاثیرات اثر دوپلر نسبیتی در ابعاد میکرو ( ملکولی و اتمی ) هم قابل ملاحظه است

فرضا رفتار ملکول ها و اتمها را در حالت گازی تصور کنید سرعت این ذرات بسته به خواص ترمودینامیکی سامانه ای که انها را در بر گرفته میتونه قابل ملاحظه با سرعت نور باشه
اینجا تغییراتی در فرکانس تابش شده از هر کدوم از این ذرات هست که مثلا در بعضی از مباحث شیمی تجزیه باید این مورد لحاظ بشه برای نتایجی که از ان نمونه یا سمپل مورد بررسی
به دست میاد [size=4]( کج و معوج گویی طبیعیه چون دارم از حافظه میگم !)[/size]

[cheka 15,065]

تشکر بسیار برای تاپیک عالیتون

اثر داپلر همونطور که پیشتر دوستان ، خصوصا جناب الکتروآفیسر در تاپیک های راداری بهش اشاره کرده اند در تعیین سرعت و جهت حرکت اجسام توسط رادارهای موج پیوسته (CW) هم استفاده میشه

[mahdavi3d 14,067]

[size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif]ممنون.[/font][/size]
[size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif]البته به نظر می‌رسه باید دو موضوع از هم تفکیک بشن.[/font][/size]
[size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif]اثر داپلری که در مورد امواج با سرعت کم نسبت به نور مطرح میشه - مانند امواج صوتی - (که با توجه به درک ما از مکانیک کلاسیک ناشی می‌شه) و[/font][/size][size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif] [size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif]اثر داپلر نسبیتی که در مورد امواج با سرعت نور مطرح می‌شه (و از تبدیلات لورنتز ناشی میشه) [/font][/size][/font][/size][size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif]هر دو به وجود "متحرک" مربوط می‌شود:[/font][/size]
[size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif][url="http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/relativ/reldop2.html"]http://hyperphysics....iv/reldop2.html[/url][/font][/size]

[size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif]اما آنچه که تغییر بسامد ناشی از جاذبه است (در نسبیت عام مطرح می‌شود) الزاما ارتباطی به وجود متحرک ندارد، بنابراین آن را به سادگی "اثر داپلر" نمی‌نامند:[/font][/size]
[size=3][font=tahoma,geneva,sans-serif][url="http://einstein.stanford.edu/content/relativity/q2473.html"]http://einstein.stan...vity/q2473.html[/url][/font][/size] ویرایش شده در خرداد 93 توسط mahdavi3d

[hamedof 5,183]

ممنون جناب مهدوی ، در واقع خودم هم کمی در بیان این موضوع مشکل داشتم و نسبتا بد بیان کردم این موضوع رو . به هر حال چیزی که بیشتر مد نظر ماست ، ایجاد نویز در اثر تغییر فرکانس امواج هست تا خود اثر داپلر . اما باز هم ممنون . لینکی هم که ارائه نمودید رو توصیه می کنم دوستان نیم نگاهی داشته باشند بهش . Gravity Probe B ! چه از لحاظ نتایج فیزیکی که این کاوشگر به دست آورد و چه از نظر خصوصیات فنی (ثابت نگه داشتن دما در حدود 10؟ درجه کلوین در طول چندین سال ! یکی از ویژگی های این کاوشگره!)

[DeathStalker 3,165]

for beginners

[CODE]
https://www.youtube.com/watch?v=Hx3KA4GM_Ps
[/CODE]

a bit more advanced

[CODE]
https://www.youtube.com/watch?v=q4kTcSRn590
[/CODE]

and more

[CODE]
http://adsabs.harvard.edu/full/1968JRASC..62..105S
[/CODE]

[Electro_officer 13,797]

ممنون. اگه فرصت کردید یه لطفی کنید فرمول‌های شیفت داپلر کلاسیک و نسبیتی رو تو نرم افزار مثلا مث تایپ تایپ کنید قرار بدید اینجوری به صورت کد خودنشون سخته .. بازم ممنون ..

[RezaKiani 1,949]

[quote]
1- اولین استفاده ای که از این اثر شد در علم کیهان شناسی بود . در واقع مشاهده کردند که فرکانس موج دریافتی از اکثر کهکشان های جهان کوچکتر از فرکانس تولیدی آن هاست . در واقع این موج ها دچار redshift شده بوده اند ! این به این معنا بود که کهکشان ها از یکدیگر دور می شدند و انبساط جهان تایید شد[/quote]
[right]سلام دوست عزیز سول اینه که فرکانس اصلی موج دریافت شده از کهکشانها رو چه جوری به دست آورده بودن؟[/right]
[right]به نظر من مهمترین کاربرد اثر دوپلر در دزدگیر ماشینهاست [/right]

[RAHRO313 376]

[quote name='RezaKiani' timestamp='1402626228' post='385348']
[right]سلام دوست عزیز سول اینه که فرکانس اصلی موج دریافت شده از کهکشانها رو چه جوری به دست آورده بودن؟[/right]
[right]به نظر من مهمترین کاربرد اثر دوپلر در دزدگیر ماشینهاست [/right]
[/quote]
بنام خدا
خدمت استاد عزیز سلام عرض میکنم
برای سوالی که مطرح نمودید احتیاجی به دانستن فرکانس اولیه نیست زیرا هر نوری که از محیط مادی بوجود آمده باشد ویا عبور کرده باشد در صورت تجزیه بوسیله ی منشور دارای خطوط سیاه طیف جذبی خطی می باشد که نشان دهنده ی عناصری است که با آن نور در تماس بوده اند (هر عنصری خطوط خاص خود را دارد).
اگر منبع نور نسبت به ناظر دور شود این خطوط به سمت نور قرمز متمایل می شوند و در صورتی که نزدیک شود به طرف آبی.
از میزان تغییر محل این خطوط دراین طیف به دقت می توان سرعت نسبی منبع نور نسبت به ناظر را محاسبه کرد
برای توضیحات دقیق تر وکامل تر به [url="http://www.hupaa.com/"]http://www.hupaa.com/[/url] [url="http://www.hupaa.com/forum"][[/url][url="http://www.hupaa.com/forum"][انجمن فیزیکدانان جوان ایران][/url] مراجعه فرمایید.

[url="http://www.hupaa.com/forum"][انجمن فیزیکدانان جوان ایران][/url] ویرایش شده در خرداد 93 توسط RAHRO313

[RezaKiani 1,949]

[right]پس فرکانس رو به صورت غیرمستقیم از روی طیف جذبی به دست می یارن؟ چه جالب[/right]
[right]ولی من هنوزم می گم مهمترین کاربردش توی دزدگیر ماشینه[/right]