Biotehnică medicală - efectul Doppler

I.Biografie Christian Johann Doppler

Christian Johann Doppler 1803-1853 fizician, matematician si astronom austriac, profesor universitar la Viena a descpperit faimosul "Efect Doppler".

Christian Doppler remarca sunetul undelor care se misca provenind de la o sursa care era in miscare fiind compresata sau extinsa.

Efectul Doppler a fost folosit pentru a comfirma extinderea Universului, de asemenea avand un rol foarte important in lumea astronomiei.In urma cercetarilor efectuate in anii 1842 si in 1845 stabileste efectul care ii poarta numele:frecventa unei oscilatii primite de un observator, cand sursa de oscilatii si observatorul sunt in miscare unul in raport cu celalalt, depinde de viteza relativa a acestei miscari.In concluzie sunete mai ascutite in apropiere, mai grave in departare.Demonstreaza acelasi lucru si pentru frecventa luminii- frecventa luminii se mareste daca sursa se apropie de observator si se micsoreaza daca ea se departeaza.

Instad, alt mare om de stiinta si mare fizician,a generalizat munca lui Doppler si a descoperit " efectul Doppler" aplicat in prezenta luminii.

Aceasta descoperire a contribuit foarte mult pentru a demonstra extinderea universului si munca lui Christian Doppler a avut mare influenta in studiile astronomiei si medicinei in ramura de imagistica medicala.

Alt om de stiinta care a dezvoltat munca lui Doppler a fost fizicianul francez Armand Hippolyte Louis Fizeau(1819-1896) face cercetari de optica (polarizarea luminii, radiatia termica), spectroscopie (spectrosolar in domeniul infra rosu), cristalografie.

A efectuat prima detaeminare a vitezei luminii in anul 1849.Fizeau a prevazut prin analogie cu fenomenul variatiei, modificarea aparenta a culorii stelelor care se deplaseaza fata de pamant si a inveastigat culoarea stelelor duble, a determinat o metoda a masurarii departarii si a diametrului absolut al stelelor fixe (metoda perfectionata de Fizeau).

Fizeau extinde efectul Doppler in cazul undelor luminoase efect denumit "efectul Doppler-Fizeau".

II.Efectul Doppler in fizica

Unda emisă de o sursă de oscilaţii se propagă de la sursă până la receptorul care o detectează. Prin detectarea undei se înţelege măsurarea unei anumite mărimi caracteristice ei, de exemplu, frecvenţa undei. Dacă sursa şi receptorul sunt în repaus unul faţa de celalalt, frecvenţa undei măsurată de receptor este egală cu frecvenţa undei emisă de sursă. Aşa se întâmplă atât cu undele sonore cât şi cu cele luminoase. Dacă însă sursa de oscilaţii este în mişcare faţa de receptor, frecvenţa undei măsurată de receptor diferă de aceea a undei emisă de sursa de oscilaţii. Acest fapt care se observă când sursa şi receptorul sunt în mişcare unul faţă de celălalt, se numeşte efectul Doppler; acest efect este foarte important atât în ştiinţă cât şi în tehnică.

Explicaţia efectului Doppler se va face folosind o sursa care redă undele sferice ce izvorăsc din sursa de oscilaţii S. Dacă sursa se mişcă, de exemplu din S in S’, undele sferice emise succesiv, se apropie unele de altele in sensul de mişcare al sursei. Distanţa dintre suprafeţele sferice de egala fază reprezintă lungimea de undă; se observă astfel că la receptorul R staţionar, ajung în unitatea de timp, unde cu suprafeţele sferice mai apropiate între ele în comparaţie cu situaţia în care sursa ar fi în repaus faţă de receptor. Întrucât suprafeţele de egală fază sunt aparent mai apropiate, lungimea de unda aparenta a este mai mica şi deci frecvenţa undelor măsurată de receptor este în acest caz mai mare. Dacă sursa este staţionară, iar receptorul se deplasează către sursa S, acesta întâlneşte în unitatea de timp mai multe unde sferice, decât dacă receptorul ar fi fost fix şi undele ar fi ajuns la el. Ca urmare receptorul în mişcare către sursă detectează o frecvenţa mai mare.

În consecinţă, frecvenţa detectată de receptor creşte dacă mişcarea relativă a sursei faţă de receptor, receptorul fiind în poziţia R’ printr-un raţionament analog cu acela făcut mai înainte, se ajunge la concluzia că frecvenţa măsurată de receptor scade. Dacă sursa stă pe loc iar receptorul R’ se deplasează, în situaţia figurii 2, de la dreapta spre stânga, depărtându-se de sursă, undele sferice ajung la receptor mai rar in timp, decât dacă receptorul ar fi fost în repaus şi deci acesta detectează o frecvenţa mai mică. Prin urmare, frecvenţa detectată scade, daca mişcarea relativă a sursei faţă de receptor îi depărtează pe unul de celălalt.