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从一个相对论小题看:光多普勒效应
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2004/11/11 12:04
点击:254次

证明洛伦兹变换的“单闪光”模型都知道的,
如果在距离X系原点O为x=L处,加入一个反光镜呢? 就得到了光多普勒公式?

即:
设有静系X和以速度v运动的动系X',
当O'与O重合、t=t'=0时,
从静系的O处发出一个闪光P,
在x=L处放置一个反光镜F,

问:
原点O接收到P的时间T=?
原点O'接收到P的时间t'=?

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 [2楼]  作者:guofengjun  发表时间: 2004/11/11 16:18 

狭义相对论推导Lorentz变换采用直角坐标,推导光学Doppler效应采用极坐标,属于对同一结果给出两种原因。
从一个相对论小题看:光多普勒效应
[楼主]  [3楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/11/11 17:44 

那就上“档次”了?呵呵
1维的情况下,两种坐标系统是一样的? 极坐标的模r = 坐标x?
不过也许把问题的形式复杂化后,会更好一些?
有点意思,试试看吧,
[楼主]  [4楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/11/11 19:17 

我试着解了一下,不知对否?

设有静系X和以速度v运动的动系X',
当O'与O重合、t=t'=0时,
从静系的O处发出一个闪光P,
在x=L处放置一个反光镜F,

问:
原点O接收到P的时间t=?
原点O'接收到P的时间t'=?

解:
显然:t=2L/c,

t'=[(L'+(L'-vt')]/c
解得:
t'=2L'/(c+v)

由于“固有尺长”为L,于是按“尺缩公式”有:
L'= L*sqr(1-vv/cc)= L/γ,
代入上式后得:
t'=2L/γ(c+v)= 2L(c-v)/cc= (2L/c)(1-v/c)= t(1-v/c),
即最后得到:
t'=t(1-v/c)

即对于时间间隔Δt=t-0=t,
动系对应的时间间隔为Δt'=t'-0= t'=t(1-v/c),
所以最后得到相对论的光多普勒周期公式为:
t'=T(1-v/c),
T为“固有周期”,
由于这里是使用的“洛通解”,
所以还要将t=t'/sqr(1-vv/cc),即t'=t*sqr(1-vv/cc)代入得:
t=T(1-v/c)/sqr(1-vv/cc)
=T*sqr[(c-v)/(c+v)]
即:
======================= t=T*sqr[(c-v)/(c+v)] ========================
这就是光多普勒周期公式了,

GUO变换就不用“洛通解”再把t'转换为t了,
可以直接用“洛特解”表示为:
===================== t'=T*sqr[(c-v)/(c+v)] ======================
这样符号问题好象也就解决了? 不过还有一个问题是: “洛通解”中对于闪光P1和P2,要求有两个即时接收者, 而“洛特解”GUO变换则要求只有一个位于原点处的接收者, 这是怎么回事呢?


 

[楼主]  [5楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/11/11 19:54 

遗留问题

不过还有一个问题是:
“洛通解”中对于闪光P1和P2,要求有两个即时接收者,
而“洛特解”GUO变换则要求只有一个位于原点处的接收者,
这是怎么回事呢?

再就是GUO变换存在“同时不同值”问题?
这个再说吧,

 [6楼]  作者:guofengjun  发表时间: 2004/11/11 19:57 

我认为错了。可能是t'=t(c+v)/(c-v)。
从一个相对论小题看:光多普勒效应
 [7楼]  作者:guofengjun  发表时间: 2004/11/11 20:03 

在您提出的这个问题中,光的发射者也是光的接收者,即存在两个光的发射者和接收者。
从一个相对论小题看:光多普勒效应
 [8楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/11/12 00:37 

回复: 你的计算出错了

t'=2L/γ(c+v)= 2L(c-v)/cc

应该是 2L/c * sqrt (c-v)/(c+v) ,你把 γ 代入计算错了。太粗心,该扣分。

[楼主]  [9楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/11/12 13:05 

还真是的,晕了,这样就简洁多了

多谢GUO',呵呵,修正如下:

设有静系X和以速度v运动的动系X',
当O'与O重合、t=t'=0时,
从静系的O处发出一个闪光P,
在x=L处放置一个反光镜F,

问:
原点O接收到P的时间t=?
原点O'接收到P的时间t'=?

解:
显然:t=2L/c,

t'=[(L'+(L'-vt')]/c
解得:
t'=2L'/(c+v)

由于“固有尺长”为L,于是按“尺缩公式”有:
L'= L*sqr(1-vv/cc)= L/γ, (γ=1/sqr(1-vv/cc))
代入上式后得:
t'=2L/γ(c+v)= (2L/c)sqr[(c-v)/(c+v)]
即最后得到:
==================
t'=t*sqr[(c-v)/(c+v)]
==================
这就是光多普勒周期公式了,
这是用“洛通解”的尺缩公式推出的结果,


GUO变换就不用“洛通解”了,
可以直接用“洛特解”表示为:

=====================
t'=T*sqr[(c-v)/(c+v)]
======================

这样符号问题好象也就解决了?
原来说的“符号问题”其实在以前的光多普勒公式中也存在,
只是他们做了一个符号规定:
相互接近时,v取正,相互远离时,v取负,
按照此符号规定,GUO变换的时间公式就只能取逆变换:
t'=T*sqr[(c-v)/(c+v)]
不能用:
t=T'*sqr[(c+v)/(c-v)] ,
这个问题就以后再说了,目前并不显得重要?
反正现有的光多普勒公式也有这个问题?
只要先把GUO时间变换的物理意义搞清楚就行了? 还是多说两句吧, 估计光多普勒定律不能用光源运动的情况推出, 爱因斯坦也是用的观测者运动的情况推导光多普勒公式的, 以后再认真考虑一下看,


 

 [10楼]  作者:guofengjun  发表时间: 2004/11/12 13:17 

上贴写反了。应该是t'=t(c-v)/(c+v)
从一个相对论小题看:光多普勒效应
[楼主]  [11楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/11/12 13:20 

不是的,参见“爱因斯坦声明”?
从一个相对论小题看:光多普勒效应
[楼主]  [12楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/11/12 13:22 

多谢,已修正了,不过只能用这个逆变换?
从一个相对论小题看:光多普勒效应

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