Tìm hiểu về hiệu ứng Doppler và các ảnh hưởng của nó đối với sóng âm thanh
AudioPsycho
2 thángBình luận: 28
Tìm hiểu về hiệu ứng Doppler và các ảnh hưởng của nó đối với sóng âm thanh
Có bao giờ bạn để ý rằng khi chiếc xe cứu thương (hay cứu hỏa) di chuyển đến càng gần vị trí của mình, tiếng còi xe sẽ dần có cao độ (pitch) cao hơn so với khi nó di chuyển ra xa. Đây là một hiện tượng vật lý rất thông thường và được đặt tên là hiệu ứng Doppler, theo tên của nhà toán học và vật lý học nổi tiếng Christian Andreas Doppler.

Hiệu ứng Doppler mô tả hiện tượng tần số và bước sóng của các sóng âm, sóng điện từ hay các sóng nói chung bị thay đổi khi nguồn phát sóng chuyển động tương đối với người quan sát. Nhà vật lý và toán học người Úc Christian Johann Doppler đề xuất ra lý thuyết này vào năm 1842 khi ông tình cờ nhận thấy màu sắc của các ngôi sao thay đổi khi chúng di chuyển.

Để giải thích hiện tượng này, chúng ta nên bắt đầu bằng một số kiến thức cơ bản về chuyển động của sóng. Các sóng có nhiều dạng như: gợn sóng trên mặt hồ, sóng âm thanh (trường hợp còi xe cứu thương như trên), sóng ánh sáng hay các cơn địa chấn...Hai tính chất thường được nhắc đến nhất của tất cả các dạng sóng là bước sóngtần số. Bước sóng chính là khoảng cách giữa các ngưỡng cao hay thấp nhất của dạng sóng, còn tần số là số lần lặp lại của các ngưỡng đó tính trong một khoảng thời gian nhất định.

tinhte_doppler_effect_2.png

Khi bàn đến cách thức di chuyển của sóng trong không gian 2 chiều hay 3 chiều ta sẽ sử dụng thuật ngữ mặt sóng để mô tả mối liên kết giữa các điểm chung của sóng. Ví dụ: sự liên kết giữa các ngưỡng của sóng bắt nguồn từ việc hòn đá rơi vào hồ nước và tạo ra các mặt sóng hình tròn (các gợn sóng) khi nhìn từ bên trên.

tinhte_doppler_effect_3.png

Lấy thêm ví dụ một vị trí nguồn phát sóng ra tất cả các hướng xung quanh với tần số không đổi. Hình dạng của mặt sóng phát ra từ nguồn phát được biểu thị bằng một chuỗi các “sóng hình” đồng tâm và cách đều nhau. Những ai đứng gần nguồn phát sẽ tiếp xúc với mỗi mặt sóng với tần số bằng với khi nó phát ra.

tinhte_doppler_effect_4.png

Tuy nhiên khi nguồn phát sóng di chuyển, hình thái của các mặt sóng sẽ trở nên khác biệt. Trong thời gian giữa mỗi mặt sóng được phát ra, vì nguồn phát di chuyển nên các mặt sóng sẽ không còn đồng tâm nữa và chúng có xu hướng bị bó hẹp lại ở phía trước nguồn phát sóng, cũng bị bị cách xa nhau ở phía sau nguồn phát sóng (tùy theo hướng di chuyển của nguồn phát sóng). Người đứng ở phía trước nguồn phát sóng vì vậy sẽ tiếp nhận tần số sóng ngày càng cao hơn khi nguồn phát di chuyển càng gần họ hơn, trong khi người đứng phía sau nguồn phát lại tiếp nhận tần số sóng giảm dần do nguồn phát ngày càng di chuyển ra xa họ.\

tinhte_doppler_effect_5.png

Điều này cho thấy chuyển động của nguồn phát sẽ có ảnh hưởng đến tần số được cảm nhận bởi người quan sát đứng yên. Khác biệt tương tự cũng xảy ra khi nguồn phát đứng yên nhưng người quan sát di chuyển đến gần hoặc ra xa nó.

Có thể nói bất kỳ các chuyển động tương đối nào giữa nguồn phát và người quan sát cũng sẽ tạo ra ảnh hưởng Doppler lên tần số được quan sát.

Vậy thì vì sao chúng ta cảm nhận được sự thay đổi cao độ của tiếng còi xe cứu thương đang chạy qua? Cao độ mà ta nghe được phụ thuộc và tần số của sóng âm. Tần số sóng âm càng cao thì cao độ càng cao. Ngay cả khi còi xe tạo ra sóng với tần số không đổi, sự di chuyển của nó đến gần chúng ta đã làm tần số âm thanh bị tăng lên khiến tai nghe cao độ cao hơn. Sau khi tiếng còi đi qua và bắt đầu di chuyển xa dần, tần số sóng âm bắt đầu giảm. Cao độ thực sự của còi xe nằm ở đâu đó trong khoảng giữa mức âm cao nhất (còi xe đến gần nhất) và thấp nhất (còi xe ở xa nhất) mà tai ta nghe được.

tinhte_doppler_effect_6.gif

Với sóng ánh sáng, tần số sóng sẽ quyết định màu sắc mà mắt ta thấy. Tần số ánh sáng cao nhất nằm ở dải màu xanh dương mà mắt người có thể thấy được, còn tần số thấp nhất nằm ở dải màu đỏ.

Nếu các ngôi sao và dải ngân hà di chuyển ra xa chúng ta, tần số ánh sáng mà chúng phát ra sẽ giảm đi và màu sắc của chúng sẽ dần nghiêng về dải màu đỏ mà mắt cảm nhận được. Hiện tượng này còn gọi là red-shifting (chuyển ánh đỏ).

Ngược lại, nếu một ngôi sao di chuyển đến gần chúng ta hơn thì sẽ tạo thành hiện tượng blue-shifted (chuyển ánh xanh). Đây là hiện tượng đã giúp Christian Doppler đề xuất ra lý thuyết cùng tên, đồng thời cũng khiến Edwin Hubble đưa ra lý thuyết vũ trụ mở rộng vào năm 1929 khi ông quan sát thấy hiện tượng chuyển ánh đỏ ở tất cả các dải ngân hà (do chúng di chuyển ra xa chúng ta và lẫn nhau).

Hiện tượng Doppler được ứng dụng rất rộng rãi chứ không chỉ gói gọn trong mảng âm thanh hay thiên văn học. Hiện nay chúng ta đang sử dụng những chiếc Doppler radar ứng dụng sóng siêu âm phản hồi nhằm tính toán chính xác tốc độ của các vật thể di chuyển. Điều này được thực hiện bằng cách phát đi các sóng với tần số riêng biệt và phân tích các thay đổi của sóng phản hồi lại.

Lý thuyết Doppler còn được sử dụng để quan sát thời tiết và theo dõi chuyển động của mây hay các thay đổi thời tiết khác, cũng như được sử dụng trong cả ngành hàng không và nghiên cứu phóng xạ. Ứng dụng Doppler còn có mặt trong súng bắn tốc độ của cảnh sát, vốn được trang bị một bộ radar Doppler cỡ nhỏ.
Ngành y học cũng ứng dụng hiện tượng Doppler để theo dõi tuần hoàn máu trong cơ thể. Các máy siêu âm Doppler sử dụng tần số âm thanh cực cao cho phép chúng ta tính toán được tốc độ và hướng lưu thông máu, từ đó phát hiện ra các chứng tắc nghẽn động mạch hay bệnh lý về tim mạch của cả người trưởng thành lẫn thai nhi đang trong bụng mẹ.

Các kiến thức về hiện tượng Doppler đã góp phần không nhỏ giúp chúng ta hiểu thêm về vũ trụ xung quanh mình, đo đạc được hầu như tất cả mọi thứ và nhìn thấy bên trong cơ thể của chính mình. Những phát triển trong tương lai của ứng dụng này sẽ càng giúp khoa học đạt được những tầm cao mới, một trong số đó là nghiên cứu đảo ngược hiện tượng Doppler đang rất được quan tâm hiện nay. Trong tương lai có thể chúng ta sẽ chế tạo được những thứ chỉ có trong truyện khoa học giả tưởng, ví dụ như áo tàng hình chẳng hạn.

Nguồn theconversation
WXYZ
CAO CẤP
2 tháng
Em hiểu đơn giản ví dụ như tiếng hú của xe cứu thương: ở xa thì nghe thấy tiếng nhỏ đến gần thì thấy tiếng to hơn thôi
@WXYZ K phải rồi. Mà là âm chói khi đi đến, âm trầm khi ra xa.
@WXYZ Nguyên nhân gốc của hiệu ứng Doppler này là gì? Do sóng bị dồn nén?
@huyngoc192 Xe chạy đến thì bước sóng sẽ ngắn hơn, xe chạy ra xa thì bước sóng dài hơn. như vậy thì chạy ra xa nghe trầm chạy lại gần nghe chói mới đúng, bạn nói ngược rồi
Chắc cũng có bà con với cộng hưởng và giao thoa thôi.
không những sóng âm mà sóng điện từ cũng có hiệu ứng dopler luôn, nhưng mà vận tốc ko đổi chỉ có bước sóng thay đổi
trong vật lý, chính xác hơn có lẽ là "dịch chuyển đỏ" và "dịch chuyển xanh" đó mod.
@huyngoc192 ahhhhh, vừa xem qua, cảm ơn anh
Hồi đó học lý mình rất thích cái hiệu ứng này. Độ ứng dụng cực cao.
@Lê Phú Khương Hiệu ứng này ứng dụng trong máy bắn tốc độ của mấy anh giao thông nè bác
@noname00007777 Đúng ròii
mr.think
ĐẠI BÀNG
2 tháng
vui vẻ tí
Đi đón bồ ở ga tàu thì khi tàu đến ga thấy tiếng tàu nó dồn dập hơn, còn khi tiễn bồ đi tàu càng đi xa thì càng thấy nhẹ nhàng xa xăm
@hoangsytai Tức là bác gần bồ thì nghe mọi thứ dồn dập ... ???
Còn ở xa thì thấy mọi thứ nhẹ nhàng ??
wtf =))
Jaywalk
TÍCH CỰC
2 tháng
@adagioleonard khi đang ấy mà gần ra thì âm thanh sống động và dồn dập, khác hẳn với lúc đầu :v
Ngày xưa học đại học về sóng Doppler này thì đây là 1 trong những cái khó hiểu nhứt.
Cái này vật lý lớp 12 mà.
hhiepbi
TÍCH CỰC
2 tháng
Hiệu ứng này bản chất là việc dựa vào sự “dịch tần” để xác định khoảng cách thay vì dùng phương pháp “speed x time” như thông thường. Ứng dụng thì nhiều (trong ngành mình)
Mình thấy ng ta nghiên cứu về khoảng cách trong vũ trụ và tốc độ di chuyển xa gần của vật như hành tinh, ngôi sao hay thiên hà cũng do hiệu ứng này
MustDie
TÍCH CỰC
2 tháng
Nguyên nhân gây sonic boom đây 😁
khá thú vị
xmanvu
ĐẠI BÀNG
2 tháng
có hai ông Christian Andreas Doppler và Christian Johann Doppler trong cùng bài viết ^^
Hiểu 1 cách đơn giản là "gần mạnh, xa yếu".

Hiệu ứng Doppler, nguyên lí Heisenberg... đều có 1 điểm chung là tuân theo quy luật bất đối xứng (asymmetric).
amio1st
TÍCH CỰC
2 tháng
Oh, nghi vấn bấy lâu. Có tính vật cản phản xạ lun ko nhể.
Eldimio
TÍCH CỰC
2 tháng
Người ta gọi là "dịch chuyển đỏ" và "dịch chuyển xanh".
Cảm ơn bạn đã chia sẻ!
Cá nhân
Bạn
Hi bạn!
Điểm Reward Store: 
Tuổi Tinh tế: 
Cấp độ thành viên Tinh Tế


Tải app Tinh tế

Tải app Tinhte - Theo dõi thông tin mà bạn yêu thích

Tải app TinhteTải app Tinhte
Tải app Tinh tế cho Android trên Google PlayTải app Tinh tế cho iPhone, iPad trên App Store



Cộng đồng nổi bật




  • Chịu trách nhiệm nội dung: Trần Mạnh Hiệp
  • © 2020 Công ty Cổ phần MXH Tinh Tế
  • Địa chỉ: 209 Đường Nam Kỳ Khởi Nghĩa, Phường 7, Quận 3, TP.HCM
  • Số điện thoại: 02862713156
  • MST: 0313255119
  • Giấy phép thiết lập MXH số 11/GP-BTTTT, Ký ngày: 08/01/2019