ПРИНЦИП
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОЙ СКОРОСТИ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭФФЕКТА ДОПЛЕРА
В.Д.Краснов E-mail apeyron@kolomna.ru
«Принцип относительности – фундаментальный физический закон, согласно
которому любой процесс протекает одинаково в изолированной материальной
системе, находящейся в состоянии покоя и в той же системе в состоянии
равномерного прямолинейного движения. Иначе, никакими опытами в закрытой кабине
нельзя определить движется она прямолинейно или покоится»
Рассмотрим действие этого принципа с использованием Доплера эффекта.
Поместим
в системе отсчета два направленных навстречу друг другу излучателя 1 и 2,
каждый из которых подключен, соответственно, к генератору гармонических
электромагнитных колебаний 3 и 4, фиг.1.
Если
излучатели неподвижны в пространстве и излучают когерентные электромагнитные
волны, в промежутке между ними возникнут стоячие волны, фиг.1.
Если система начала двигаться
прямолинейно и равномерно со скоростью v вдоль прямой соединяющей излучатели, то
наблюдатель, мимо которого система движется, увидит, что согласно Доплера
эффекту длина волны, возникающая в пространстве от излучателя 1, излучаемая в
направлении обратном движению, увеличится, а от излучателя 2, излучаемая по
направлению движения – уменьшится, и как результат, исчезнут стоячие волны,
фиг.2.
Переместим
наблюдателя в указанную инерциальную систему.
Оставаясь неподвижным относительно источников (которые продолжают
двигаться вместе с инерциальной системой), наблюдатель уже не сможет замерить
изменение длины электромагнитных волн.
По его наблюдениям длина волн осталась такой же, какой была в покоящейся системе.
Но это
вовсе не означает, что перестал действовать Доплера эффект. Все происходит в
соответствии с ним.
В
промежутке между источником и приемником длина волны в пространстве в
направлении движения источника (инерциальной системы), пропорционально скорости v уменьшается. Но так как приемник
(наблюдатель) «убегает» от этой волны ее длина при приеме увеличивается до
длины волны источника.
Так же
и в обратном направлении – длина волны в пространстве увеличивается, а при
приеме на ту же величину уменьшается – приемник движется навстречу волне.
Казалось
бы, наблюдатель, находясь в данной инерциальной системе, не может по
результатам измерений определено сказать, движется он вместе с данной
инерциальной системой или находится в состоянии покоя. То есть, принцип
относительности в данном случае как будто бы справедлив.
Но
вернемся к стоячим волнам. Они существовали в пространстве между излучателями,
когда инерциальная система находилась в покое. И это мог бы зафиксировать
перемещенный в нее наблюдатель. И они исчезли, когда инерциальная система
начала двигаться.
Перемещение
наблюдателя в данную инерциальную систему привело лишь к тому, что он не смог
(опять таки в соответствии с Доплера эффектом) фиксировать изменение длины
волн. Но оно не привело к появлению стоячих волн т.к. в пространстве между
излучателями излучаемые волны остались не когерентными.
Следовательно,
признак исчезновения стоячих волн в пространстве в данном примере является
свидетельством того, что инерциальная система перешла из состояния покоя к
прямолинейному и равномерному движению.
Но с
одной стороны стоячие волны в пространстве отсутствуют и в то же время,
приемник наблюдателя в движущейся системе фиксирует когерентные волны,
приходящие от обоих источников. Однако противоречие разрешается просто.
Если в
пространстве существуют стоячие волны, то приемник, двигаясь вдоль них, будет
фиксировать чередование узлов и пучностей.
Если
же когерентность (мнимая) проявляется в результате эффекта Доплера, то
чередование узлов и пучностей отсутствует.
Будем
теперь увеличивать частоту электромагнитных колебаний, подводимую к излучателю
1 от генератора гармонических колебаний 3. По мере возрастания частоты на
излучателе 1 будет уменьшаться длина волны, формирующаяся в пространстве. Как
только она сравняется с длинной волны от излучателя 2, в промежутке между
излучателями вновь возникнут стоячие волны.
Зафиксированная
при этом разность частот электромагнитных колебаний, подводимых к излучателям,
пропорциональна скорости v движения инерциальной системы и позволяет ее вычислить.
За
период T=1/n источник пройдет путь vT. Следовательно, длина волны в пространстве в направлении движения будет
l1 = cT–vT = 1/n(c-v).
В
направлении обратном движению l2 = 1/n(c+v).
Для
образования стоячих волн необходимо чтобы l1= l2
Для
этого увеличим частоту, подаваемую на излучатель (1), излучающий в направлении обратном движению до n1 тогда
1/n(c-v) = 1/n1(c+v) откуда
v=c(n1-n)/(n1+n)
где: v – скорость движения системы,
c – скорость распространения электромагнитных колебаний в пространстве,
n1 – частота электромагнитных колебаний, подводимая к излучателю направленному в сторону обратную движению,
n – частота электромагнитных колебаний, подводимая к излучателю направленному в сторону движения системы.
Следовательно,
данный опыт позволяет наблюдателю, находясь в закрытой кабине определить,
движется она прямолинейно и равномерно или находится в состоянии покоя.
