ТЕХНОЛОГИЯ

Измерение скорости потока с помощью эффекта Доплера

Газы, протекающие по трубе, также содержат мелкие частицы других веществ. Ультразвук проходит через стенку трубы. Эхо от движущихся частиц имеет другую частоту. Скорость частиц можно рассчитать по сдвигу частоты.

Это может быть использовано для изучения течений в очень узких трубах или в сверхзвуковом диапазоне. Таким образом, например, можно измерить потоки в двигателях внутреннего сгорания и повысить эффективность сгорания.

Спутниковая навигация и GPS: стало возможным благодаря эффекту Доплера

“Навигационная спутниковая система определения времени и дальности – глобальная система определения местоположения” , или для краткости GPS, представляет собой форму навигационной системы, которая разрабатывалась с 1970-х годов и рассчитывает только местоположение и высоту приемника на основе данных с нескольких спутников. Но поскольку спутники перемещаются по миру, навигационная система и GPS работают по эффекту Доплера: электромагнитные волны изменяют свою длину, поэтому необходимо определять расстояние до спутников. И исходя из этого, навигационная система и GPS вычисляют положение приемника.

Если навигационная система, GPS или даже мобильный телефон включены, местоположение устройства можно определить. Этот факт иногда может служить важным подспорьем при проведении полицейских расследований или поиске пропавших без вести.

Радар и гидролокатор с эффектом Доплера

Генрих Герц изобрел радар (RAdio Detecting And Ranging – Радиообнаружение и дальность), когда в 1886 году обнаружил, что объекты из металла отражают электромагнитные волны. Но только в конце 1930-х годов радар развился до такой степени, что мог обнаруживать атакующие самолеты, бронетехнику или корабли в открытом море на расстоянии до 40 километров. Дорожный радар, который многие сегодня так ненавидят, был впервые представлен в 1956 году.

Используя эффект Доплера, радар излучает электромагнитные волны, которые отражаются обнаруженным объектом. Устройство сразу определяет, сжимаются ли эти волны или растягиваются, то есть приближается объект или удаляется. И он вычисляет скорость, с которой движется объект. Радар не только улавливает нарушителей скорости, но также может контролировать движение транспорта в узких местах, на строительных площадках или перекрестках. Он пересылает записанные данные на центральный компьютер, который использует их для определения наиболее подходящей скорости движения, которая затем высвечивается на табло или соответствующим образом регулирует фазы светофора.

Сонар, еще одно применение эффекта Доплера, излучает звуковые волны, которые в воде достигают скорости около 1480 м / с, что в четыре раза выше, чем в воздухе. Если эти звуковые волны попадают в объект, они отражаются, и гидролокатор может определить расстояние и движение объекта.

Дельфины, естественно, оснащены «эхолотом», что значительно облегчает им охоту. Как и летучие мыши, они издают звуки, которые отражаются телом жертвы, показывая ее местонахождение.

Прогноз погоды с использованием эффекта Доплера

Прогнозы погоды были бы невозможны без метеорологического радара и, следовательно, снова без эффекта Доплера: облака содержат капли воды или град, которые отражают электромагнитные волны. А поскольку эти облака движутся, метеорологический радар может определять их положение, а также скорость и направление их движения. Анализируя эти данные, можно делать прогнозы погоды о том, где и когда мы можем ожидать дождя или града и сколько – при условии, что ветер не меняет направление внезапно.

Эффект Доплера также стоит за тем, как работает наземный радар: передатчик движется, поэтому длина волны лучей изменяется, а эхо-сигнал от обнаруженного объекта показывает его положение и расстояние. Таким образом, радар может быть использован для обнаружения, например, самолета, похороненного на глубине 75 метров во льдах Гренландии, который разбился 70 лет назад, динозавра в Патагонии или мамонта в Сибири.

Съемка земли с использованием эффекта Доплера

Одна из задач геодезии (практическая геометрия) – определить различные формы земной поверхности, как показано на картах с разными цветами для равнин или гор. Столь же подробные и точные измерения поверхности Земли выполнялись «доплеровскими спутниками» с 1960-х годов, TRANSIT с 1996 года и системой DORIS с 1990 года. Спутники вращаются вокруг Земли по долготе (полярным маршрутам) и, как радар, сканируют Землю. Поскольку они движутся очень быстро по сравнению с «неподвижной» землей, здесь также работает принцип Доплера.

Ничто не ускользает от системы DORIS (доплеровская орбитография и радиопозиционирование, интегрированное с помощью спутников), потому что траектории отдельных спутников образуют своего рода сетку вокруг Земли.