тому, що при наближенні джерела якихось хвиль до спостерігача приходить більше число хвиль в секунду, ніж коли джерело коливань видаляється. Це призводить до того, що спостерігач сприймає більше число коливань в секунду, коли джерело наближається до нього, і менша, - коли видаляється.
В
Рис. 4 - Схема для виведення формули ефекту Доплера
Нехай джерело звуку S рухається до спостерігача зі швидкістю Vи ​​ м/сек (рис. 4). Джерело звуку посилає звукові коливання з частотою n . Отже, за 1/ n сек. джерело S посилає одну хвилю, що поширюється з деякою швидкістю V . За час 1/ n джерело S наближається до спостерігача на величину Vи ​​ Г— ( 1/ n ) м.. Отже, кінець наступного хвилі, що виходить від джерела через 1/ n секунд, буде відділений в просторі від кінця попередньої хвилі не відстанню (довжина хвилі), як це було б у випадку нерухомого джерела, а меншим:
Таким чином, спостерігач буде сприймати звук меншої довжини хвилі l . Відповідна частота:
. (1)
Легко вивести аналогічним чином, що якщо джерело звуку віддаляється зі швидкістю V, то сприймається спостерігачем частота дорівнює:
В
(2)
Якщо розглядати рух спостерігача до джерела звуку, то внаслідок більш частих "зустрічей" з гребенями хвиль частота сприймаються коливань збільшується.
Нехай спостерігач рухається до джерела звуку зі швидкістю V м/сек. Тоді швидкість звуку відносно спостерігача буде дорівнює V + VН , І повз спостерігача в одиницю часу пройде хвиль, причому, як звичайно,; з іншого боку,; таким чином,.
При русі спостерігача від джерела отримаємо відповідно: br/>
. (3)
Всі формули, пов'язані з зазначеним випадкам, при малих значеннях швидкості Vu і Vн робляться тотожними. Саме, де знак мінус відповідає видаленню, а плюс - зближенню спостерігача і джерела зі швидкістю V і, н.
Таким чином, при зближенні джерела хвиль і спостерігача сприйнята частота більше испускаемой, при видаленні - менше.
Ефект Доплера використовують для визначення швидкості руху джерела або приймача звуку щодо середовища. На цьому грунтується, зокрема, один з методів вимірювання швидкості кровотоку в судинах людини і тварин з допомогою ультразвукових хвиль.
Ультразвуковий метод визначення швидкості кровотоку
На рисунку 5 наведена схема вимірювання швидкості кровотоку на основі ефекту Доплера. p> Від генератора 1 електричних коливань УЗ-частоти сигнал надходить на УЗ випромінювач 2 і на пристрій порівняння частот 3. Ультразвукова хвиля 4 проникає в кровоносну судину 5 і відбивається від рухомих еритроцитів 6. Відображена ультразвукова хвиля 7 потрапляє в приймач 8, де перетвориться в електричне коливання і посилюється. 9 - М'які тканини, в глибині яких розташований судину.
В
Рис. 5 - Схема установки вимірювання швидкості кровотоку на основі ефекту Доплера
Посилене електричне коливання потрапляє в пристрій 3. Тут коливання, відповідні падаючої і відображеної хвилях, порівнюються, і виділяється доплеровській зсув частоти у вигляді електричного коливання:
U = U0cos (2pnдt). (4)
З формули можна визначити швидкість еритроцитів:
, (5)
У великих судинах швидкість еритроцитів різна в залежності від їх розташування відносно осі: В«пріосевойВ» еритроцити рухаються з більшою швидкістю, а В«пристінковіВ» - з меншою. Ультразвукова хвиля відбивається від різних еритроцитів, отже, доплеровкій зсув представляє собою інтервал частот. Тому цей метод дозволяє визначати не тільки середню швидкість кровотоку, але і швидкість руху різних верств крові. У діагностичному плані з'явилася можливість оцінки значень і напрямів руху нормальних і патологічних потоків крові. Можна виділити потоки з ламінарним і турбулентним рухами. У ехоскопіі ці завдання вирішуються в рамках ультразвукової доплерографії. У сучасних ультразвукових сканерах закладена можливість звукового і колірного кодування різних швидкісних складових кровотоку. Метод, заснований на колірному виділенні зон патологічного і нормального руху крові із загального чорно-білого зображення, отримав назву колірного доплерівського картування кровотоку. Для підвищення чутливості цих двох методів при дослідженні дрібних судин використовують ехоконтрастних речовини. Більшість цих речовин являє собою суспензії, що містять мікропухирці газу, що підсилюють відбитий доплеровській сигнал (СО2, препарати з бульбашками газу, що містять стабілізатори, такі як альбумін, тканеспеціфічние речовини). Контра...
