העונתב אצמנש לוק רוקמ רובע רלפוד טקפא

Transcript

1 16.1 אפקט דופלר כאשר מקור הגלים וקולט הגלים (הרסיבר) נעים במהירות יחסית האחד ביחס לשני, התדירות הנקלטת שונה מהתדירות המשודרת. כאשר הם מתקרבים זה לזה התדירות הנקלטת גדולה מהמשודרת; וכאשר הם מתרחקים אחד מהשני, התדירות הנקלטת קטנה מהתדירות המשודרת. תופעה זאת ידועה כ אפקט דופלר. דוגמה נפוצה היא השינוי בצליל הצופר של רכבת כשהיא מתקרבת או מתרחקת. השינוי בתדירות גלי הקול תלוי באם המקור או הרסיבר נמצאים בתנועה יחסית למדיום. אם המקור נמצא בתנועה, אורך הגל משתנה, והתדירות החדשה 'f מחושבת ע"י מדידת אורך הגל החדש 'λ והשימוש בנוסחה 1: (1) f ' כאשר מקור הגלים נמצא במנוחה והרסיבר בתנועה, אורך הגל נשאר קבוע, והשינוי בתדירות נובע כתוצאה מזה שהרסיבר עבר מספר אורכי גל יותר או פחות בזמן נתון. צופה נייח מקור קבוע מקור בתנועה אפקט דופלר עבור מקור קול שנמצא בתנועה אורך גל גדול אורך גל קטן תדירות נמוכה תדירות גבוהה מקור בתנועה אפקט דופלר איור 1 : אפקט דופלר, תדירות של מקור המשדר גלים משתנה עקב תנועתו. נניח שיש לנו מקור בעל תדירות f 0 נע במהירות u s יחסית לתווך. הגלים בצד הקדמי של המקור דחוסים, בעוד שהגלים בצד האחורי של המקור מרוחקים

2 16.2 יותר אחד מהשני (איור 1). נניח ש- המהירות של הגלים יחסית לתווך. המהירות הזאת תלויה בתכונות של התווך בלבד ולא בתנועה של המקור. במרווח זמן t המקור משדר מספר אורכי גל השווה ל-.Nf 0 t חזית הגל הראשונה עוברת העתק השווה ל-, t בעוד שהמקור עובר מרחק u. s t אורך הגל 'λ נתון בנוסחה 2: ( ± us) t (2) N ( ± us) t f0 t ± u s f0 בצד הקדמי של המקור אורך הגל קטן, ולכן סימן המינוס תקף, ובצד האחורי של המקור אורך הגל גדל ולכן סימן הפלוס תקף. מספר הגלים העוברים את הרסיבר במרווח זמן t שווה למספר הגלים הנמצאים בטווח, r t כאשר - r מהירות הגלים יחסית לרסיבר: t (3) N r N ± u (4) f' r t ( ± ur ) t כאשר: u r המהירות של הרסיבר. התדירות הנקלטת ברסיבר שווה ל: אם הרסיבר נמצא במנוחה 0 r u, אזי התדירות נתונה ע"י הנוסחה 5. 1 ( 5) f ' f0 f ' u u 0 λ ± s 1± s כאשר המקור נע בכיוון הרסיבר, התדירות עולה והסימן השלילי תקף. 'λ λ0 התדירות הנקלטת נתונה בנוסחה 6. כאשר המקור במנוחה f0

3 16.3 ± ur u ( 6) f ' (1 ± r ) f /f0 0 נוכל לאחד את שתי המשואות 5 ו 6 על מנת לכסות את המקרה הכללי שבו או המקור או הרסיבר או שניהם ביחד בתנועה: (7) f' ± u r λ ' ± ± u r u 1 ± r f 0 u s u 1 ± s f 0 סימן משמעות מקור גלים מקלט גלים מהירות הגלים יחסית למדיום. תדירות משודרת כשאין תנועה יחסית בין המקור והמקלט. אורך גל משודר כשאין תנועה יחסית בין המקור והמקלט. תדירות הגל הנקלטת כשיש תנועה יחסית בין המקור והקולט. אורך הגל הנקלט כשיש תנועה יחסית בין המקור והקולט. מהירות המקלט יחסית למדיום. מהירות המקור יחסית למדיום. Source Receier f 0 λ f ' u r u s עקרון פעולה של המשדר והמקלט המשדר מבוסס על מתנד גבישי שתדירותו היא.40KHz המתנד הגבישי מפעיל, דרך מגבר הספק, מתמר אולטראסוני שתדירות התהודה שלו.40KHz הגלים האולטראסוניים המופקים ע"י המשדר נקלטים ע"י מתמר אולטראסוני בעל תדירות תהודה של.40KHz המתמר מחובר למגבר רגיש. המוצא של המגבר מחובר למונה תדר המודד את התדירות.

4 16.4 הנחיות ביצוע מדידת מהירויות של העגלה בעזרת חיישן תנועה של פסקו: הפעלת המערכת הניסיונית: אם המחשב אינו עובד, הפעל תחילה את ממשק 1. המעבדה ואח"כ הפעל את המחשב, פתח את תוכנת DataStudio ע"י לחיצה כפולה. על ייפתח חלון Experiment, Create בחר את המצב החיישנים: בחירת 2.,Experiment Setup עליך להגדיר את החיישנים בהם תשתמש. בצידו השמאלי של החלון ישנה רשימת חיישנים, מצא את חיישן התנועה Motion Sensor וגרור אותו לעבר שקעים 2,1. המצב מתואר באיור 2. איור 2 3. הגדרת חיישן התנועה: לחץ לחיצה כפולה על חיישן התנועה, נפתח חלון ובו המאפיינים של החיישן. בחר את מדידת המקום והמהירות בלבד וקבע את קצב המדידה ל Hz 4. תיאור חלון התצוגה של המחשב לאחר ההגדרות: סגור את חלון.Experiment Setup בחלקו השמאלי של חלון העבודה ישנם שני חלונות, העליון Data מכיל את הנתונים מהניסויים השונים (כרגע מופיעים בו מקום Position ומהירות.(Velocity החלון התחתון מכיל את אפשרויות התצוגה איור 3.

5 16.5 איור 3 שים את חיישן התנועה בקצה של המסילה, הרכב את לוח המתכת על העגלה שנמצאת בקצה השני של המסילה ראה איור 4. העגלה מחוברת למכשיר שבעזרתו ניתן להניע את העגלה קדימה ואחורה בשלוש מהירויות שונות, וניתן לעצור אותה גם כן. איור 4: המערכת הניסיונית למדידת מהירויות העגלה בעזרת חיישן התנועה של פסקו. 5. הפעל את העגלה במהירות הנמוכה ביותר, התחל את המדידה, לפני שהעגלה עוברת את כל אורך המסילה הפסק את המדידה עצור אותה. צייר גרף המתאר את המקום כפונקציה של זמן, התאם קו ליניארי והשיפוע של הישר הוא המהירות של העגלה. 6. שנה את כיוון התנועה של העגלה, הפעל את החיישן ומדוד את המהירות של העגלה כשהיא נעה אחורה. 7. מדוד את מהירות העגלה קדימה ואחורה במהירויות השנייה והשלישית.

6 16.6 מדידת מהירויות של העגלה בעזרת הסחת דופלר: בנה את המערכת המתוארת באיור 5. כאשר הקולט על העגלה והמקור בקצה המסילה. המקור משדר גלים בתדירות.40000Hz הפעל את העגלה במהירות הנמוכה, ומדוד את התדירות הנקלטת בקולט. הפעל את העגלה אחורה ומדוד את התדירות הנקלטת במקלט. בהסתמך על משוואה 6, מדוד את המהירות של העגלה בשני הכיוונים והשווה עם החלק הראשון של הניסוי. השגיאה בקריאת התדירות היא.±1Hz.1 איור 5: המערכת שבעזרתה מדדנו את מהירות העגלה בהסתמך על הסחת דופלר כאשר המקלט או המשדר היו במנוחה. חזור על 1 עבור שתי מהירויות נוספות. החלף בין המקור והקולט. מדוד את התדירויות, בהסתמך על משוואה 5 חשב את המהירות של העגלה. חזור על 4 עבור 2 מהירויות נוספות. שים את המקלט והמקור בקצה של המסילה (איור 6) הפעל את העגלה ומדוד את התדירות עבור 3 מהירויות איור 6: מדידת מהירות העגלה מחושב מתוך הסחת דופלר כאשר המשדר והמקלט היו במנוחה.

7 16.7 קישורים לאינטרנט: השפעת אפקט דופלר על גוף הנמצא בתנועה ומשדר גלי קול הדגמת אודיו שלל אפקט דופלר Sound Example