Литмир - Электронная Библиотека
Содержание  
A
A

²)⁻¹

/

²

=

[1-(24/25)]⁻¹

/

²

=

=

(69/625)⁻¹

/

²

=

25/7

.

Поэтому, если 𝑡'=7 лет, то 𝑡=255 лет, что уже было получено в упражнении 27. ▲

82. «Не превышайте скорости»

Скорость приближающейся машины равна 𝑣𝑟=80 миль/час=36 м/сек. Отсюда

β

𝑟

=

𝑣𝑟

𝑐

=

12⋅10⁻⁸

Частота ν' в системе отсчёта машины может быть получена из уравнения (122), если принять φ=π. Ограничиваясь в разложении членами первой степени по β𝑟, найдём

ν'

=

ν

пад

1+β𝑟

1-β𝑟

⎞½

ν

пад

1

+

β𝑟

2

1

+

β𝑟

2

,

ν'

=

ν

пад

(1+β

𝑟

).

Затем радиолокационный луч отражается от машины в противоположном направлении, и при этом в системе отсчёта машины частота ν' остаётся неизменной. Частоту, наблюдаемую в системе отсчёта автострады (лаборатории), можно найти из уравнения, обратного (122) (см. первую формулу в упражнении 76),

ν

отр

=

ν'

ch

θ

𝑟

(1+β

𝑟

cos φ').

Теперь φ'=0, так что

ν

отр

=

ν'

1+β𝑟

1-β𝑟

⎞½

ν'

(1+β

𝑟

).

Подставляя сюда полученное выше выражение для ν' найдём

ν

отр

ν

пад

(1+β

𝑟

ν

пад

(1+2β

𝑟

).

Сдвиг частоты приблизительно равен

ν

отр

-

ν

пад

=

ν

пад

𝑟

=

(2455

Мгц

)⋅2⋅12⋅10⁻⁸

590⋅10⁻⁶

Мгц

=

590

гц

.

Наименьшее изменение частоты, поддающееся обнаружению, равно

Δ

ν

отр

=

пад

Δ

β

𝑟

.

Если Δ𝑣𝑟=10 миль/час=4,47 м/сек, то Δβ𝑟≈10⋅10⁻⁸, и мы получим относительный сдвиг частоты

Δ

ν

отр

/

ν

пад

=

2

Δ

β

𝑟

3⋅10⁻⁸

.

83. Допплеровское уширение спектральных линий

Приравняйте ньютоновское выражение для кинетической энергии её выражению через температуру:

1

2

𝑚

〈𝑣²〉

ср

=

3

2

𝑘𝑇

.

Отсюда

〈𝑣²〉

ср

⎞½

=

3𝑘𝑇

𝑚

⎞½

и

β

𝑟

1

𝑐

〈𝑣²〉

ср

⎞½

=

3𝑘𝑇

𝑚𝑐²

⎞½

.

Возьмите уравнение, обратное (122),

ν

=

ν'

ch

θ

𝑟

(1+β

𝑟

cos φ')

для того, чтобы определить сдвиг частот; положите здесь φ'=0 и используйте приближение для малых β𝑟:

ν

=

ν'

1+β𝑟

1-β𝑟

⎞½

ν'

1+

1

2

β

𝑟

1+

1

2

β

𝑟

ν'

(1+β

𝑟

).

 

Тогда

ν-ν'

ν'

Δν

ν

=

β

𝑟

=

3𝑘𝑇

𝑚𝑐²

⎞½

.

Наблюдаемая частота будет выше для тех частиц, которые приближаются к наблюдателю, и ниже для тех, которые удаляются. В целом при температурах, совместимых с ньютоновским приближением, должен наблюдаться эффект разброса частот, выражаемый полученной выше формулой («допплеровское уширение спектральных линий»). ▲

84. Изменение энергии фотона вследствие отдачи излучателя

а) Воспользуемся законами сохранения для того, чтобы определить энергию и импульс частицы, испытывающей отдачу:

𝑚

ch

θ

𝑟

=

𝑚

-

𝐸

(энергия),

𝑚

sh

θ

𝑟

=

𝐸

(импульс).

Возведите каждое из этих равенств в квадрат и вычтите первое из второго

𝑚

²

(ch²

θ

𝑟

-

sh²

θ

𝑟

)

=

𝑚

²

=

(𝑚-𝐸)²

-

𝐸²

=

=

𝑚²

116
{"b":"651120","o":1}