Technika

Měření rychlosti proudění Dopplerovým jevem

Plyny proudící v potrubí obsahují též malé částečky jiných látek. Přes stěnu potrubí se vyšle ultrazvuk. Ozvy pohybujících se částic pak vykazují pozměněnou frekvenci a z posunu frekvence lze vypočíst rychlost částeček.

Tímto způsobem je možné zkoumat proudění i ve velmi úzkém potrubí či při nadzvukové rychlosti. Lze tak například měřit také proudění ve spalovacích motorech a následně zlepšit jejich spalování.

Navigace a GPS: možnosti na bázi Dopplerova efektu

„Navigational Satellite Timing and Ranging – Global Positioning System“ (zkratka GPS) je forma navigačního systému vyvíjeného od 70. let 20. století, který vypočítává polohu a nadmořskou výšku přijímače z údajů několika družic. Jelikož se satelity pohybují kolem Země, funguje navigace, resp. GPS podle Dopplerova jevu: Elektronické vlny mění svou délku, proto lze určit vzdálenost k družicím. A z těchto dat vypočítává navigace a GPS polohu přijímače.

Jestliže je navigace, GPS nebo mobilní telefon v aktivním režimu, můžeme zjistit polohu přístroje. Tuto funkci lze významným způsobem využít kromě jiného třeba i v rámci policejního vyšetřování nebo při hledání pohřešovaných.

Radar a sonar s využitím Dopplerova jevu

Radar (RAdio Detecting And Ranging = detekce a měření vysílačem) vynalezl Heinrich Hertz, když roku 1886 zjistil, že kovové předměty odráží elektromagnetické vlny. Ovšem až koncem 30. let 20. století byl radar natolik zdokonalen, že bylo s jeho pomocí možné zachytit nepřátelská letadla, pancéřovaná vozidla nebo lodě na otevřeném moři na vzdálenost až 40 km. U mnoha řidičů nepříliš oblíbený dopravní radar, který se využívá k měření rychlosti vozidel v silničním provozu, oslavil svou premiéru v roce 1956.

S využitím Dopplerova jevu vysílá radar elektromagnetické vlny, které odráží zaměřený objekt. Přístroj okamžitě zjistí, zda jsou vlny zhuštěné nebo naopak roztažené. Zároveň vypočítá, jakou rychlostí se objekt pohybuje. Radar zaměřuje nejen hříšníky překračující nejvyšší povolenou rychlost v daném úseku, nýbrž může řídit i dopravu na zúžených místech, stavbách či křižovatkách. Zaznamenané údaje zasílá do centrálního počítače, který z nich stanoví tempo, jež je v dané situaci vhodné pro plynulost provozu. Podle toho se odpovídající rychlost zobrazí na digitálních dopravních značkách nebo se podle toho střídají fáze světelných semaforů.

Sonar, další zařízení využívající Dopplerův jev, vysílá zvukové vlny, které se vodou šíří čtyřnásobně vyšší rychlostí než vzduchem (tj. asi 1480 m/s). Jestliže zvukové vlny narazí na objekt, jsou odraženy a sonar stanoví vzdálenost a pohyb objektu.

Delfíni jsou od přírody vybavení „echolotem“, jenž jim výrazně usnadňuje lov. Podobně jako netopýři vydávají i delfíni zvuky. Zvukové vlny odráží těla lovených zvířat, čímž dravci rozpoznají jejich polohu.

Předpověď počasí prostřednictvím Dopplerova jevu

Předpověď počasí bez meteoradaru, a tím pádem také bez Dopplerova jevu, by nebyla možná: V mracích se shromažďují kapky vody nebo ledové kroupy, které odráží elektromagnetické vlny. A jelikož se mraky pohybují, lze pomocí meteoradaru určit jejich polohu, rychlost i směr jejich pohybu. Vyhodnocení těchto dat pak umožní sestavit předpověď počasí (nejlépe v podmiňovacím způsobu), abychom věděli, kde, kdy a v jaké intenzitě bychom měli počítat s deštěm nebo krupobitím – ovšem mimo případ, když vítr začne neočekávaně vanout jiným směrem.

Dopplerův jev se využívá také u georadarů: Pohybující se vysílač mění vlnovou délku vysílaného signálu a odezva zaměřeného předmětu zprostředkuje jeho délku a vzdálenost. Tímto způsobem bylo například po 70 letech po svém zřícení nalezeno letadlo v grónském ledovci v hloubce 75 m, v Patagonii byl objeven dinosaurus a na Sibiři mamut.

Měření Země s využitím Dopplerova jevu

Jedním z úkolů geodézie (= praktická geometrie) je zachycení rozličných forem zemského povrchu, což je znázorňováno na mapách různými barvami např. jako nížina nebo pohoří. Podrobně a stejně přesně měří povrch Země od 60. let 20. století takzvané Dopplerovy satelity. Do roku 1996 byl využívaný systém TRANSIT a od roku 1990 systém DORIS. Umělé družice těchto systémů krouží kolem Země podél zeměpisných délek (polární dráha) a snímají její povrch podobně jako radar. Jelikož se v porovnání s „nehybnou“ Zemí pohybují velmi rychle, lze i zde uplatnit Dopplerův jev. Systému DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) neujde takřka nic, protože oběžné dráhy jednotlivých družic vytváří kolem Země určitou síť, v níž se Země otáčí kolem své osy.