Springen naar inhoud

Roterende smalle golfbundel reflecteert op statisch vlak (doppler effect?)


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Verwonderaar

    Verwonderaar


  • 0 - 25 berichten
  • 19 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 31 maart 2010 - 13:12

De volgende vraag houdt mij al enige tijd bezig, en ik zou het op prijs stellen als iemand mij het juiste inzicht kan verschaffen:

Stel het volgende experiment voor: Een statische golfbron zend een smalle continue golfbundel naar een eveneens statische muur, maar de bron roteert hierbij zodat de hoek van inval op de muur (en daardoor ook de afstand van de bron tot de muur) verandert. De reflectie van de muur wordt weer opgevangen door een waarnemer die op dezelfde locatie staat als de bron. (ter vergelijking: een laser pen of zaklantaarn richten op een muur en daarbij de hoek van de zaklantaarn veranderen).

De verdraaing van de bron (om z'n as) doen we voor de eenvoud dusdanig, dat de totale padlengte veranderd volgens: D - v*t, waarbij D de initiele padlengte voorstelt bij het begin van het experiment, en v de verandering van de padlengte per tijdseenheid.
De totale padlengte is tweemaal de afstand van bron tot het punt waar het midden van de bundel de muur raakt (afstand tot de muur en weer terug). Als bron kun je denken aan EM (bijvoorbeeld radar) of een akoestische bron.

Als we de fase van van de gereflecteerde golf op het punt van de bron vergelijken met de fase van de uitgezonden golf (eveneens op het punt van de bron), dan kan ik niet anders afleiden dan dat dit fase veschil veranderd met:

v/golflengte * 2 * pi * t

Met andere woorden: er is een frequentie verschuiving (Doppler shift?) opgetreden ter grootte van v/golflengte

Nu de vragen:
Dit lijkt in tegenspraak met de Doppler theorie (alle objecten staan stil).
Treedt deze verschuiving op of niet? Indien niet, waarom niet?
Indien hij wel optreedt, is dit dan niet in tegenspraak met de theorie?

Ik begrijp dat de oorzaak van een eventuele shift verschilt met de traditionele omschrijving van het Doppler effect, maar voor een waarnemer maakt dat volgens mij niet uit.

Ik heb deze vraag al talloze malen voorgelegd aan physici, maar tot nu toe geen bevredigend antwoord gehad (De Pavlov reactie is: Er is geen Doppler effect, waarna men daar meestal weer op terug komt, en in verwarring blijft...)

Wie o Wie?

Bijgevoegde miniaturen

  • Rotating_source_and_Doppler_effect.JPG

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

physicalattraction

    physicalattraction


  • >1k berichten
  • 3101 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 02 april 2010 - 13:11

Hmmm, interessant vraag. Ik heb nu het volgende in gedachte:

Beschouw hetzelfde experiment, maar nu is de grote muur een veel kleinere muur, en bevindt zich precies daar waar de golf op terecht komt. De rest van de muur is er nu niet. Wanneer nu de bron roteert, moet het kleine stukje muur bewegen om precies daar te zijn waar de golf op terecht komt. De golf "weet" echter niet het verschil tussen de situatie met de grote muur en de kleine muur, omdat daar waar de golf terecht komt er geen verschil is. Nu kun je inzien dat er wel een Doppler verschuiving zou moeten zijn in beide situaties.

Kan iemand dit verhaal bevestigen of ontkrachten?

#3

Verwonderaar

    Verwonderaar


  • 0 - 25 berichten
  • 19 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 02 april 2010 - 15:38

Ik in elk geval niet, want ik ben het met je eens dat dit dezelfde situatie is.

Een expert in Doppler van een Amerikaanse fabrikant in onderwater Doppler apparatuur (akoestisch), beweert bij hoog en laag echter dat het effect er niet is. (Zijn uitleg echter heeft mij niet kunnen overtuigen).

#4

jkien

    jkien


  • >1k berichten
  • 3041 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 02 april 2010 - 21:49

Inderdaad een merkwaardige kwestie. Het verhaal is duidelijker als je de opgevouwen straal tussen de ware bron en de ontvanger vervangt door de rechte straal tussen de gespiegelde bron en de ontvanger. In dat verhaal beweegt de gespiegelde bron. Dan is er dus een Dopplereffect. Tenminste voor het akoestische geval; voor het electromagnetische geval durf ik het niet te zeggen.

Volgens mij ontvang je na iedere zwaai een tsjirpsignaal dat begint met een schokgolfje met oneindig hoge frequentie, waarvan de frequentie langzaam daalt naar nul. (Het schokgolfje komt niet van uiterst links, maar van een punt waar de radiele snelheid van de gespiegelde bron gelijk is aan de geluidssnelheid).

#5

E.Desart

    E.Desart


  • >1k berichten
  • 2391 berichten
  • VIP

Geplaatst op 03 april 2010 - 12:55

Ik denk dat ik die vraag fout begrijp ....

Als de waarnemer op de plaats van de bron staat, gaat die bij een geluidsgolf alleen reflectie krijgen op die plaats (bij schuine inval op die muur) die door diffusie of scattering terug naar hem kan komen. De hoofdzakelijke spiegelreflectie gaat weg van hem.

Als hier al een faseverschuiving kan optreden (bij dit verzwakt door diffusering teruggestuurd signaal) werkt dit gewoon als de superpositie van 2 geluidsgolven die afhankelijk van de faseverschuiving constructief of destructief kan zijn.
Er is echter geen sprake van wijziging van frequentie wat bij het dopplereffect de bepalende factor is.
Eric

#6

Verwonderaar

    Verwonderaar


  • 0 - 25 berichten
  • 19 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 04 april 2010 - 00:01

Quote jkien:
"Volgens mij ontvang je na iedere zwaai een tsjirpsignaal dat begint met een schokgolfje met oneindig hoge frequentie, waarvan de frequentie langzaam daalt naar nul. (Het schokgolfje komt niet van uiterst links, maar van een punt waar de radiele snelheid van de gespiegelde bron gelijk is aan de geluidssnelheid)."

Hoewel het er principieel niet toe doet, had ik het experiment beperkt in tijd, waarbij, voor de eenvoud, gedurende het experiment de pad-lengte veranderd met v*t (v is constant) door de rotatie snelheid van de bron te manipuleren.

Quote E. Desart:
"Als de waarnemer op de plaats van de bron staat, gaat die bij een geluidsgolf alleen reflectie krijgen op die plaats (bij schuine inval op die muur) die door diffusie of scattering terug naar hem kan komen. De hoofdzakelijke spiegelreflectie gaat weg van hem.

Als hier al een faseverschuiving kan optreden (bij dit verzwakt door diffusering teruggestuurd signaal) werkt dit gewoon als de superpositie van 2 geluidsgolven die afhankelijk van de faseverschuiving constructief of destructief kan >zijn.
Er is echter geen sprake van wijziging van frequentie wat bij het dopplereffect de bepalende factor is.
"

Het is juist dat de golf alle kanten op scattered. Voor een waarnemer die de reflectie onder een andere hoek tov de invallenende beam waarneemt zal dus een andere padlengte verandering/tijdseenheid gelden. Dus ook een andere waargenomen frequentie shift.

Je laatste opmerking (geen sprake van wijziging frequentie) is interessant, maar begrijpen doe ik het nog steeds niet.
Als de waarnemer een continue fase verandering / per tijdseenheid waarneemt (tov van de verzonden golf), kan dit m.i. niet anders dan een frequentie shift zijn. En dat kan m.i. alleen als deze golf zijn shift verkrijgt op het punt waar de reflectie optreedt (de muur dus). En dat voorspelt het gewijzigde (maar m.i. zelfde) experiment wat "physicalattraction" een paar posts terug voorstelt, ook.

#7

E.Desart

    E.Desart


  • >1k berichten
  • 2391 berichten
  • VIP

Geplaatst op 04 april 2010 - 01:41

1) Het is juist dat de golf alle kanten op scattered.
Voor een waarnemer die de reflectie onder een andere hoek tov de invallenende beam waarneemt zal dus een andere padlengte verandering/tijdseenheid gelden.
2) Dus ook een andere waargenomen frequentie shift.


1) Een kleine fractie hiervan, anders heeft het niet eens zin dat je over een schuine invallende reflectie op een wand praat. De scattering/diffusie komt door imperfecties op die wand. De overgrote meerderheid volgt mooi de hoek zoals hier http://en.wikipedia....ular_reflection .

2) Er is juist "niks" frequentie shift. Padlengteverschil betekent geen frequentieshift maar een andere superpositie wat zich uit in destructieve of constructieve interferentie ingevolge een andere relatieve FASESHIFT, geen FREQUENTIESHIFT.

Als ik geluid heb in een ruimte krijg ik 1001 soorten reflecties. Dat betekent dat ik putten en bergen krijg (nodes en antinodes). Wat ik NIET krijg zijn afwijkende frequenties.

Hier is een animatie wat er gebeurt met zuivere tonen, en of dat nu een deel terug reflecteert door oneffenheden (diffusie of scattering) op de muur of niet, beÔnvloed alleen die interferentie.
Deze heb ik enkele jaren terug gemaakt heb (Recent aangepast. Is oorspronkelijk een flash animatie met bedieningsknoppen)
Deze animatie is een combinatie van MODALE en GEOMETRISCHE akoestiek. Het duurt even voor deze geladen is.
Wat je hier ziet is de interferentie van honderden stralen die uit die luidsprekers vertrekken in alle richtingen. Die toon verandert niet (=frequentie), de niveaus wijzigen in functie van hoe de locale interferentiepatronen eruit zien. Die interferentie is afhankelijk van de positie en alle betrokken paden met hun respectievelijke padlengte-verschillen.
Je kijkt hier naar statische interferentiepatronen.

Geplaatste afbeelding

Bij het Doppler effect verandert de relatieve snelheid van geluid op een vergelijkbare manier dat je een cassette of band (als je dat nog kent) sneller of trager zou laten draaien.

Veranderd door E.Desart, 04 april 2010 - 01:53

Eric

#8

E.Desart

    E.Desart


  • >1k berichten
  • 2391 berichten
  • VIP

Geplaatst op 04 april 2010 - 02:00

Als ik die luidsprekers op draaischijven zou zetten, veranderen die statische patronen continue, hoofdzakelijk in functie van de geometrische akoestiek (in veel mindere mate de modale akoestiek), maar wat het NIET doet is ook maar iets veranderen aan de frequentie die je hoort of meet (gelijk waar).
Als ik daar ergens een statische microfoon zou zetten (in die situatie van draaiende speakers) zou alleen mijn niveau maar onstabiel op een neer gaan.

Veranderd door E.Desart, 04 april 2010 - 02:11

Eric

#9

E.Desart

    E.Desart


  • >1k berichten
  • 2391 berichten
  • VIP

Geplaatst op 04 april 2010 - 02:38

Sorry, wat niet duidelijk was:

Dit zijn gewoon reŽle speakers dus: behoorlijk omnidirectioneel in het laag en richtingsgevoeliger naargelang de frequentie stijgt. En die speakers staan gericht naar de luisteraar.
Eric

#10

E.Desart

    E.Desart


  • >1k berichten
  • 2391 berichten
  • VIP

Geplaatst op 04 april 2010 - 05:44

Aan de Hand van een vroeger gerelateerd topic heb ik de grafiek die ik toen geŽnterd had verder uitgewerkt als een animatie
Verborgen inhoud
Maar niet meer gebruikt toen omdat het topic ontspoorde naar niet-topic gerelateerde zaken.



Deze eerste animatie is zonder begeleidende uitleg tekst:
††
Geplaatste afbeelding


Deze geeft wel begeleidende tekst en is dan ook langzamer (tijd om grondig te lezen). Dit is een nadeel in een forum dat geen mogelijk heeft om Flash (SWF) Files te integreren in een post.
Verborgen inhoud
Flash = SWF laat eenvoudig navigatieknoppen toe waarbij je snel of langzaam over bepaalde dingen kan heen stappen. Je kan pauzen waar je iets grondiger wil bekijken, teruggaan, doorschakelen naar de volgende frames of het automatisch laten lopen. Om Flash goed te integreren moet er echter de mogelijkheid zijn om de maten mee op te geven (L x B) omdat Flash automatisch de maximale ruimte gebruikt (behoudt niet standaard de originele maat zoals een normale figuur zoals GIF, PNG, JPG wel doet? Dit verkracht de lay-out en maakt tekst op zo'n animatie onleesbaar en de grafieken lelijk).


De tweede heeft wel uitlegtekst en loopt dan wel langzamer.
Verborgen inhoud
Het is een beetje lastig juiste tijden in te schatten. Degene die de tekst even diagonaal willen bekijken is het te langzaam en degene die dit wel grondig willen lezen hebben deze tijd wel nodig (getest).


Klik op deze langzamere animatie, wel met enige uitleg, om ze te laden:
††
Geplaatste afbeelding


Het doel is hier om duidelijk te maken dat een onderlinge faseverschuiving wel invloed heeft op de resulterende totaalgolf. Afhankelijk van de superpositie kan hier versterking of uitdoving, en al wat hier tussenin ligt plaatsgrijpen.

Maar niets veranderd hier de frequentie van deze golf.
Dus WEL Faseshift - maar GEEN Frequentieshift.

Eric

#11

Verwonderaar

    Verwonderaar


  • 0 - 25 berichten
  • 19 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 04 april 2010 - 11:37

Bedankt E.Desart! Dit is de eerste keer dat er bij mij iets gaat dagen van inzicht in dit probleem.
Mijn achtergrond is in electrotechniek (hoewel enigszins roestig), en ik begrijp dat het superponeren van bijvoorbeeld twee sinusvormige signalen van dezelfde frequentie geen andere frequentie kunnen opleveren.

Maar nu komen we tot de kern van mijn onbegrip: Indien we deze "wandelende" selectie van oneindig veel bronnen (met dezelfde frequentie maar verschillende fase) gaan superponeren bij de waarnemer (microfoon), dan komt hieruit een signaal dat, vergeleken met het uitgezonden signaal (de sinus op de luidspreker) continu van fase veranderd.

Als we de fase van de bron voorstellen door w*t, waarbij w een constante hoekfrequentie is, dan kunnen we de fase van het ontvangen signaal (in het beschreven experiment) m.i. voorstellen door:

w*t + v/golflengte * 2 * p i* t (waarbij v de constante verandering in padlengte voorstelt, en golflengte c*2*pi/w

Dit is tevens uit te drukken als: (w+v/golflengte*2*pi) * t

Ben je het eens met deze uitdrukking?

Ik kan het op dit moment niet anders zien dat de niet geinformeerde waarnemer (die niet weet waardoor de fasevesrchuiving plaatsvindt), dit interpreteert als een frequentie verandering.

Kun jij uitleggen hoe het faseverschil van twee continue electrische signalen met dezelfde frequentie continu kan veranderen, zonder dat er sprake is van een frequentie verschil?

#12

E.Desart

    E.Desart


  • >1k berichten
  • 2391 berichten
  • VIP

Geplaatst op 05 april 2010 - 13:19

Ik reageer hier later misschien wel terug op (als anderen de zaak nog niet opgelost hebben).
Ik was op zoek naar pictures die ik nu niet vind.

Ik heb enige problemen jouw gedachtenpatroon te volgen.

Jij refereert naar de wisselende fases op een statisch punt x waar al die reflecties samenkomen als een soort willekeurige fasewisseling ingevolge een soort willekeurig gedrag.

Jij kan zo'n faseverschuiving van elke individuele reflectie vergelijken met een delay, een tijdsvertraging op die golf, die zich zeer gestructureerd gedraagt.
Of ik nu ťťn extra golf of tientallen interfererende golven optel op punt x, die gedragen zich exact hetzelfde als getoond op die laatste animatie. D.w.z dat hier een resulterende totaalgolf uit ontstaat die dezelfde sinusvorm aanhoudt alleen met een andere amplitude resulterend uit de som van al die elkaar op punt x kruisende golven met hun eigen respectievelijke amplitudes.

Dat je een wisselende fase hebt op een statisch punt is op zich nogal logisch door de voortplantingsnelheid van geluid. Moest je steeds op hetzelfde punt in die sinus blijven bestaat er geen geluid (drukwisselingen).

Ik vraag mij af of jij begrijpt wat je in mijn eerste animatie juist ziet. Ik noemde dit duidelijk STATISCHE patronen. Wat jij ziet is het niveau in dB op een matrix van punten in de ruimte ingevolge deze interferentie (3D uitstraling van luidsprekers) met reflecties tot max de 8e orde (als ik me dit nog juist herinner). Dus ik laat dit door reflecteren totdat verdere reflecties dit patroon niet meer verder of verwaarloosbaar beÔnvloeden.

Je ziet hier niet de onderliggende lopende golf in Pascal zelf (met over en onderdruk) wat een dynamisch gegeven is.

Waar ik terug naar zoek zijn figuren waar je zowel de actieve onderliggende golfvoortplanting kan zien (= animatie) als het daaruit resulterend statisch interferentiepatroon ( = gewoon 1 statische figuur).
Als ik deze vind (of terug maak) zal ik ze tonen. (Er staan ook zo'n dingen op het net).

PS: Ik weet niet of dit figuurtje en post kan bijdragen of niet:
http://www.wetenscha...s...st&p=592838

Veranderd door E.Desart, 05 april 2010 - 13:29

Eric

#13

Verwonderaar

    Verwonderaar


  • 0 - 25 berichten
  • 19 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 05 april 2010 - 13:52

Nu ik er nog eens over nadenk, ben ik niet meer zo zeker dat de animatie van E.Desart het juiste inzicht verschaft:

De simulatie laat volgens mij het fase verschil tussen twee bronnen van gelijke frequentie varieren en kijkt naar de som van deze twee bronnen.

Het oorspronkelijke experiment zou je m.i kunnen beschouwen als een oneindig aantal bronnen van gelijke frequentie langs het vlak van de muur, die echter, afhankelijk van de afstand tot de bron ieder hun eigen plaatsafhankelijke fase hebben. Wanneer je nu een masker over de muur legt , wat een kleinere verzameling van naast elkaar gelegen puntbronnen doorlaat en de rest afschermt, en dit masker met een bepaalde snelheid langs de muur beweegt, beschrijf je m.i. het experiment correct.

Het resultaat bij de waarnemer is denk ik een sinus waarvan de fase continu veranderd tov het uitgezonden (luidspreker) signaal. Weliswaar zal de amplitude hiervan varieren afhankelijk van de hoek tov van de muur en ook de afstand tot de muur, maar dit verandert denk ik niet de essentie van de vraag.

Ik besef dat ik in herhaling val, maar wat essentieel is, is dat het waargenomen sinus continu van fase veranderd tov het uitgezonden signaal (voor de beperkte duur van het experiment waarbij de padlengte verandering gedefinieerd is als v, en dus de fase verandering als v/golflengte * 2 * pi). Zijn het hier over eens of niet?

Hoewel ik het met E.Dessart eens ben dat de "statische" sommering van een willekeurig aantal bronnen geen frequentie verandering kunnen veroorzaken, denk ik dat juist dit "langs de schuine muur schuivende doorlaat masker" de frequentie shift misschien wel kan veroorzaken (wellicht zelfs indien de bron omni-directioneel is). Hoe sneller het masker beweegt des te groter is de shift.

Het voorbeeld wat gegeven werd door "physicalattraction" is een andere manier om ernaar te kijken, maar introduceert een bewegend reflectie vlak, wat natuurlijk direct de shift verklaart wanneer je de Doppler theorie toepast.

Een variatie op het experiment zou kunnen zijn: Gebruik een omni directionele (niet roterende) bron, maar wel een richt-microfoon. Volgens de theorie van sommering van statische bronnen (de frequenties in het medium blijven gelijk), zou je dan wellicht kunnen concluderen dat er in de ruimte onmogelijk componenten met een veranderde frequentie kunnen voorkomen (de bron roteert dan niet, alleen de richt-microfoon). Zou je bij dit gewijzigde experiment nog steeds een continu veranderende fase verwachten t.o.v het bron-signaal?

#14

Verwonderaar

    Verwonderaar


  • 0 - 25 berichten
  • 19 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 05 april 2010 - 14:06

Mijn voorgaande reactie was niet op de laatste post van jou (je post kwam terwijl ik een reactie aan het maken was)

#15

Verwonderaar

    Verwonderaar


  • 0 - 25 berichten
  • 19 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 05 april 2010 - 14:32

Ik heb enige problemen jouw gedachtenpatroon te volgen.

Jij refereert naar de wisselende fases op een statisch punt x waar al die reflecties samenkomen als een soort willekeurige fasewisseling ingevolge een soort willekeurig gedrag.

Jij kan zo'n faseverschuiving van elke individuele reflectie vergelijken met een delay, een tijdsvertraging op die golf, die zich zeer gestructureerd gedraagt.


Ik denk dat er sprake is van een misverstand: Ik heb het uitdrukkelijk niet over de fase maar over het faseverschil tussen de uitgezonden sinus en de ontvangen sinus. (en ik meen dat ik hier consequent in ben geweest)
de fase van de uitgezonden sinus beschrijf ik met w * t, waarbij w de hoekfrequentie is en t de tijd
de fase van de ontvangen sinus beschrijf ik met w * t + v/golflengte * 2 * pi * t
Het fase verschil tussen deze twee functies is de extra term in de ontvangen sinus: v/golflengte * 2 * pi * t, en stelt simpelweg de padlengte verandering voor uitgedrukt in fase veranderingen





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures