Dopplerův jev - Sonický aerodynamický třesk


Popis stránky

Dopplerův jev - Sonický aerodynamický třesk - vysvětlení těchto fyzikálních jevů.
Tipy na dárky

Dopplerův jev, efekt, posuv

Dopplerův jev nese název po rakouském fyzikovi Christianu Dopplerovi, který tento jev popsal v roce 1842.

Dopplerův jev je změna frekvence, tedy vlnové délky vln ve vztahu k pozorovateli. Pokud se pozorovatel bude pohybovat směrem ke zdroji vln, bude frekvence vyšší. To platí i v případě, kdy se zdroj blíží k pozorovateli. U zvuku se tón zvyšuje. U elektormagentického záření dochází k MODRÉMU POSUVU (např. hvězdy, které se blíži k Zemi, jsou jasnější, barvou více do modra, lidské oko vnímá kratší, okem viditelné vlnové délky, jako modrou až fialovou barvu).

Pokud se pozorovatel vzdaluje od zdroje šíření vln, pak se frekvence snižuje, vlnová délka se prodlužuje. U zvuku tón klesá. U elektormagentického záření dochází k RUDÉMU POSUVU (např. hvězdy, které se vzdalují od Země, jsou temnější, barvu mění do ruda. Lidské oko vnímá delší, okem viditelné vlnové délky, jako červenou barvu).

doppler-effect

Aerodynamický (sonický) třesk - sčítání amplitud vln

Aerodynamický (sonický) třesk vzniká, když těleso vytvářející vlny se pohybuje stejně rychle, či rychleji, než je rychlost šíření vln v daném prostředí. Vlny, zůstávající za pohybujícím se tělesem se navzájem se ovlivňují (narážejí do sebe). Na okrajích tohoto prostoru, připomínajícího kužel (někdy homoli cukru se zaobleným vrcholem, pokud těleso má kulovou hlavu - náběhovou část) je pásmo, kde mají vlny shodnou amplitudu - polarizaci - vrchol, což je umocní do maximální intenzity - rázové vlny. Rázová vlna nastává i při rychlosti tělesa shodné, s rychlostí šíření vlny v daném prostředí. S razovými vlnami se můžeme setkat při pruletu letadla letícího rychlostí zvuka a vyšší. Při nízkých výškách prolétajícího letadla může dojít k popraskání, čí vyražení okenních tabulí, či destrukci celých objektů, proto jsou nadzvukové rychlosti letadel v nízkých výškách zakázány. Akustícký třesk, který rázovou vlnu doprovází v plynném prostředí, je způsoben značným rozdílem tlaků a jejich vyrovnáváním. Dále se s rázovými vlnami můžeme setkat při plavbě lodi, která se pohybuje rychlostí vyšší, než rychlost šíření vln ve vodě. Čím má plyn (vzduch) menší hustotu, tím méně destruktivní razová vlna vznikne (vě větších výškách je vzduch řidčí a tlak - hustota nižší). Člun, který se ocitne v rázové vlně vyvolané projíždějící lodí, může být touto rázovou vlnou převržen a potopen. Úhel trychtýře vznikajícího za tělesem pohybujícím se rychlostí >= se rychlosti šíření vln, je tím ostřejší - sevřenější, čím vyšší je rychlost tělesa emitujícího vlny.

Fáze předcházející aerodynamickému třesku

Na obrázku níže:

  • A stojící letadlo - pokud by bylo zdrojem akustických vln, vlnová delká by byla ve všech směrech shodná
  • B letadlo letící podzvukovou rychlostí již rozkmitává vzduch vlastním pohybem - vlny před ním mají kratší vlnovou délku, jsou hustější, jak vlny za letadlem, ALE vzájemně se neovlivňují - nesčítají se jejich vrchloy.
  • C letadlo dosáhlo rychlosti zvuku - vlny před letadlem se spojily do jedné mohutné vlny (zacpěte si uši)
  • D letadlo letí nadzvukovou rychlostí, okraje vln se spojují v tlakovou vlnu, protože mají shodnou amplitudu, kterou pozorovatel na zemi bude vnímat jako aerodynamický třesk až k němu dorazí

aerodynamicky-sonicky-tresk-jednotlive-faze.png

Tvar náběhové části objektu ovlivňuje zakřivení rázové vlny

  • Oblý, zakulacený tvar vytváří rázovou vlnu podobnou luku. Rázová vlna se nedotýká tělesa.
  • Špičatý tvar vytváří rázovou vlnu ve tvaru klínu. Vlna se tvoří na špici tělesa.
S tímto jevem bylo nutno počítat při konstrukci nosu raketoplánu.

tvar-razove-vlny-u-zaobleneho-a-spicateho-nosu-rakety

I za lodí vznikají rázové vlny

Na obrázku níže se objekt (loď) pohybuje rychlostí, kdy jí vlny, které se tvoří jejím pohybem, nemohou předstihnout. Zůstávají za ní v její dráze pohybu a v místě kde mají stejnou amplitudu se zesilují do maxima - vytváří rázovou (tlakovou) vlnu, která může být nebezpečná pro menší plavidla, která se ocitnou v jejím dosahu.

aerodynamicky-sonicky-tresk-tlakova-vlna

Vznik obřích vln na vodní hladině

Když se setkají, narazí na vodní hladině do sebe dvě vlny ve stejné fázi (polarizaci, amplitudě), dochází k jejich znásobení. Pokud do této znásobené vlny opět proti sobě narazí znovu další dvě vlny, původní vlna ještě více zmohutní. Když se proces neustále opakuje, dochází ke vzniku obřích vln. Pokud ovšem není tatkto vzniklá vlna živena dalšími srážkami vln, rozpadne se zpět na dvě vlny původní velikosti, které pokračují dál předchozím směrem. Je to opak srážky např. dvou automobilů, kdy se tyto po čelním nárazu odrazí od sebe - vlna po srážce s vlnou však pokračuje dál.

vznik-obrich-vln-na-vodni-hladine

Srážka dvou vln opačné polarizace - amplitudy na vodní hladině

Srážka dvou vln s opačnou amplitudou - vrcholem, vede ke krátkému vyrovnání vodní hladiny. Následně vlny nabudou svůj původní tvar a pokračují dál v původním směru (opak srážky těles např. dvou automobilů jak již bylo uvedeno výše).

srazka-dvou-vln-opacne-polarizace-na-vodni-hladine-fyzika.png facebook share button

Pranostiky - počasí






KONEC MOJE IP VYPISY


Share
Share
Tweet