Частота звука, света и эффект Доплера

Частота звука обладает характеристиками, свойственными и для ряда других явлений, распространяющихся посредством волны. Это справедливо, например, для света или же рентгеновского излучения. Частота звука – это некая физическая величина, которая характеризуется постоянным количеством повторений. Она определяется посредством отношения количества волн к промежутку времени, за который они возникают. Например, частота звука определяет его высоту, которую мы слышим. Или не слышим, если колебания находятся вне предела наших слуховых возможностей – инфра- или ультразвук. Если же речь идет о световом излучении, то в зависимости от его частоты и длины волны мы видим разные цвета спектра: от красного до синего.

Частота звука и эффект Доплера

Интересное явление, связанное с рассматриваемой величиной, называется эффектом Доплера (по имени ученого-первооткрывателя). Его можно наблюдать и на примере световых волн, однако скорость распространения света очень велика (около 300 тысяч километров в секунду), и это существенно затрудняет наблюдение за ним в повседневных условиях. А скорость распространения звуковых волн заметно ниже. Итак, что же такое эффект Доплера? Вообразите, будто вы находитесь на обочине магистральной дороги, и к вам издалека приближается автомобиль с работающей сиреной. Когда он еще находится далеко, рев сирены будет вам казаться глухим. Это значит, что частота звука низкая. Но по мере приближения она все больше будет нарастать. Вы сможете слышать все более и более высокий звуковой тон, который достигнет максимума, когда автомобиль будет проезжать мимо вас. Когда же объект минует вас и опять станет удаляться, длина волны звука вновь станет снижаться (буквально, разглаживаться, если это изобразить на графике). Так выходит по той причине, что звук сирены сначала в некотором роде «догоняется» машиной, что укорачивает расстояние между впадинами (гребнями) волны и делает тон выше, а потом, напротив, «убегает», вследствие чего волна как бы «разглаживается». Собственно, это и называют эффектом Доплера.

Значение эффекта

Однако не следует считать, что эффект Доплера является каким-то сухим фактом из мира электродинамики. Именно эти знания широко используются в современных звуковых радарах, которые основаны на измерении волновых частот. И таким же образом работниками ГИБДД определяется скорость движения автомобилей, а другими соответствующими службами – скорость самолетов, течения рек и т. д. По этому принципу работают и охранные сигнализации, реагирующие на движения в помещении.

Открытие Эдвина Хаббла

Но, наверное, самым значительным открытием, связанным с означенным эффектом, является закон Хаббла. Еще в 1929 году астроном из США Эдвин Хаббл направил свой телескоп в звездное небо. Наблюдая за отдаленными галактиками, он обнаружил интересную вещь. Многие из этих галактик были окутаны некоторым ореолом красной дымки. Как звук удаляющегося предмета слышится нам более высоким, так цвет удаляющегося тела кажется человеческому глазу красноватым. Это буквально означало, что галактики разлетаются от нас. Интересно, что чем дальше расположена галактика, тем быстрее она удаляется. Это наблюдение в значительной мере способствовало наиболее популярной в среде современных астрофизиков идее о расширяющейся Вселенной и Большом взрыве, как ее начале.