Efectul Doppler

Efectul Doppler consta in variatia frecventei unei unde inregistrate de un receptor atunci cand sursa sau/si receptorul se deplaseaza fata de mediu. Efectul Doppler poate fi constatat atat in cazul undelor electromagnetice (inclusiv lumina), cat si in cazul undelor mecanice (sunetul).

A fost numit dupa fizicianul si matematicianul austriac Christian Doppler care in 1842 a emis o ipoteza care sustinea variatia frecventei unei unde receptate in functie de vitezele sursei si a receptorului.

Exemplu: Sunetul unei ambulante care se deplaseaza spre receptor creste in intensitate si in inaltime(frencventa).

ν’ = ν

(Conventie: vitezele sunt pozitive cand se apropie una de alta si negative cand se departeaza)

Exista un efect analog in cazul undelor electromagnetice, Doppler-Fizeau, care este simetric in cele doua viteze(depinde de viteza relativa sursa-receptor)

Cand receptorul sta:

ν’ = ν

Daca sursa a trecut de bariera sunetului, ea se deplaseaza mai repede decat undele pe care le emite. Ca urmare, sursa va trece de receptor inainte ca acesta sa capteze semnalul sonor.

Efectul Doppler relativist

Deplasarea spre rosu(albastru)

http://www.youtube.com/watch?v=FhfnqboacV0

RadarulRADAR (radio detection and ranging,

adică detectarea prin radio și determinarea distanței)

Reprezintă o instalație de radiolocație care radiază microunde electromagnetice și folosește reflexia acestora pe diferite obiecte pentru a determina existența și distanța lor față de antenă. Se compune, de obicei, dintr-un emițător, un receptor și un sistem de antene cu directivitate pronunțată. Receptorul cuprinde și un indicator al existenței și poziției obiectului.

Principiu de funcționare

Principiul de bază al radarului este reprezentat de reflexia microundelor pe suprafețe solide. Receptorul, analizând diferența de timp dintre emisia și recepția undei reflectate de către un corp detectat, poate aprecia distanța acestuia față de sursa microundelor.

Pentru obiectele în zbor, poziția este caracterizată de trei coordonate.Ele sunt stabilite la sol, cu ajutorul mecanismului de orientare al antenei.În mediile militare, unghiul Θ(teta) nu se exprimă în grade sau radiani, ci în sutimi. Acestea sunt unități fixe, corespunzătoare principalelor puncte cardinale, în sens antitrigonometric.

Limitări ale radarului

Distanța maximă rmax până la care un radar poate detecta corpurile zburătoare depinde de puterea de emisie a antenei:

Distanța minimă rmin de detecție a radarului este limitată de valoarea minimă a intervalului Δt măsurabil.

În practică, rmin < 100 m, ceea ce înseamnă că obiectele ce zboară la o distanta mai mică de 100 m nu sunt detectate de către radar.Lipsa reflexiei sau mai bine zis lipsa unei unde reflectate care să poată fi captată de către radar este un fenomen caracteristic corpurilor fără porțiuni rotunjite. Acest fapt a fost exploatat de către fabricanții avioanelor cu tehnologie stealth, care pe lângă dotarea lor cu un strat absorbant de microunde, le-au creat având la bază o arhitectură numai cu unghiuri și suprafețe plane. Astfel, posibilitatea ca o undă reflectată de către suprafețele plane ale avionului să ajungă înapoi la radar este foarte mică, iar în cazul în care ar avea loc, s-ar întâmpla doar pentru o fracțiune de secundă (avionul mișcându-se, următoarea undă reflectată va ajunge în alt loc). 

Contramăsuri: În timpul primului război mondial ruperea

comunicaţilor radio inamice  era practicată ocazional. Interferenţa cu comunicaţiile radar era de importanţă strategică în cel de-al doilea război mondial pentru că ambele părţi depindeau foarte mult de radar. Există 2 metode primare „blocare” a radarului inamic: blocare electronică-prin transmite- rea pe frecvenţe care interferează cu receptoarele inamicului; şi blocare mecanică, împrăş- tiind mici benzi de foi de aluminiu care produc ecouri şi interferă cu detectarea ţintelor ade vărate. Astăzi, prin existenţa atâtor transmisii de televiziune, telefoane celulare şi alte rada- re, interferenţa are loc în mod neintenţionat.

Aplicatii ale efectului Doppler in medicina

• Pentru investigaţii biomedicale se utilizează sonde ultrasonore Doppler: -de inaltă frecvenţă (6-10 MHz) pentru diagnosticarea structurilor superficiale; - de joasă frecvenţă (1-5MHz) pentru diagnosticarea structurilor profunde.

Ecografia Doppler este un mod de investigare a aparatului cardiovascular, care se foloseste de ultrasunete si se bazeaza pe efectul Doppler.

Cu ajutorul acestei tehnici se vizualizeaza organele interne si poate fi folosita pentru a ghida si dirija explorarea chirugicala si gesturile punctiei sau biopsiei.De asemenea, acest tip de ecografie ajuta la observarea fluxurilor de sange si alte fluide, fiind chiar posibila ascultarea semnalelor emise de acestea.

Ecografia Doppler

Tehnica de aflare a vitezei sangelui este cunoscută şi sub numele de velocimetrie ultrasonică sau velocimetrie prin ecografie Doppler.

Transductorul ultrasonografului emite unda sonoră, a cărei direcție face un unghi α cu direcția coloanei de sânge. Viteza sângelui din vas (Vsg) va avea și o componentă tangențială, egală cu Vsg*cos α și care va fi maximă când unghiul α tinde la zero.

Unda Doppler lovește coloana de sange, apoi se întoarce la transductor, care analizează diferența de frecvență. Luând în considerare diferența de frecvență dintre unda trimisă și cea reflectată, particularitățile lichidului de propagare a undei și unghiul descris α, procesorul ultrasonografului poate calcula instantaneu viteza coloanei de sânge din vas. 

Metoda foloseşte două moduri de lucru:

emisie continuă emisie în impulsuri

Fiecărui mod de lucru îi corespunde un

anumit tip de aparat. Pentru emisia continuă transductorul de emisie este diferit de transductorul de recepţie, iar la emisia în impulsuri se foloseşte acelaşi transductor atât pentru emisie cât şi pentru recepţie.

Asa arata semnalul Doppler inregistrat la nivelul vaselor de sange :

Unda a – este creata de ejectia ventriculului stang.Unda b – se marcheaza sfarsitul ejectiei, moment in care

sangele are o tendinta de reflux catre ventricul.Unda c – determinata de elasticitatea peretelui vascular, ce

duce la o accelerare diastolica a coloanei de sange.

Ecografia Doppler color

Dezvoltarea rapida a aparatelor de explorare cu ultrasunele a dus la crearea ecografiei Doppler color. Acest lucru este posibil prin prelucrarea semnalelor cu ajutorul microprocesoarelor, ce realizeaza imagini color ale circulatiei sangelui.

Semnalul este afisat in timp real si este codificat in doua culori:

roşu, reprezentand fluxul sanguin ce vine spre transductor

albastru, reprezentand fluxul sanguin ce se indepartează de transductor

In cazul in care viteza creste, culoarea, fie ea rosie sau albastra, va deveni mai stralucitoare. Daca viteza scade, culoarea se intuneca.

Debitmetrul laser cu efect Doppler are avantajul că spre deosebire de debitmetrul Doppler cu ultrasunete, poate măsura viteza sângelui şi în vasele de mici dimensiuni, sau microcirculaţia sângelui. 

Avantajul mare al metodei cu laser şi efect Doppler este posibilitea măsurării curgerii sângelui în numeroase regiuni, precum şi un răspuns rapid la variaţiile de viteză. Metoda poate fi folosită şi pentru determinarea variaţiilor de viteză pe durata ciclului cardiac.

Debitmetrul laser cu efect Doppler