レーザ光のようなものが微粒子にあたると散乱がおこって周波数成分が変化すると思いますが、その微粒子が動いていたとすると、出てくる周波数成分は速さによって変化するものなのでしょうか。教えて下さい。

A 回答 (4件)

大体みなさんから回答をもらっているようなので、ちょっとだけ補足すると、


この原理を使って、気体や液体の中に微粒子を入れたてその流速を測定したり、あるいは血管の流速を測定する、レーザドップラー速度計測計(LDV)という装置まであります。
「流れの可視化」というジャンルでよく使われている物です。
詳しく知りたい場合はこのキーワードで探すと沢山見つかると思います。
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どういう状況を想定していらっしゃるのか是非補足なさってください。

粒子といっても大きさは様々ですし、光の波長もいろいろですしね。

 ドップラーシフトは照射光の波長を変えますから非弾性散乱でもはっきり影響出るんじゃないかと思いますが...creolさん教えてくださいな。

なお下記↓に散乱現象自体の簡単な解説やリンクがあります。

参考URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=36827
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レーザーの学生です。



前の方の言われる通り、返ってくる光を調べれば速度がわかります。
もともと微粒子の速度がわかっていて・・・というのは難しいような気がします。

あまり質問に関係ないかもしれませんが、
仮に、微粒子群がある一定の運動していたとすると、ちょと状況が変わってきます。
光の散乱の場合、弾性散乱と非弾性散乱がありますが、
ラマン散乱、ブリルアン散乱の場合、ドップラー効果というより
波数ベクトルが合うように散乱された光の周波数は決まると解釈したほうがよいかと思います。

この手の話なら、お任せを。
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まさしく。

ドップラー効果で周波数が変化します。光が跳ね返って元の所に戻って来る場合には二重にドップラー効果が生じます。スピード違反を捕まえるレーダーもこの仕掛けですよ。近づいてくる粒子の反射光は波長が短く、遠ざかる粒子によるものは波長が長くなります。従って、散乱光のスペクトルを調べれば微粒子群の速度分布が分かります。
 「二重に」とはどういうことか。反射体が鏡で、鏡の方が静止していて、光源が鏡に向かって走っていると思ってみてくださいな。鏡に映っている光源は倍の速さで近づいてきているでしょ?だからドップラー効果が倍になって効きます。
 気体を超低温に冷却する時にも、ドップラー効果を使ったレーザー冷却ってのがあります。静止している気体分子が吸収する波長よりちょっとだけ波長の違うレーザーを照射する。すると、動いているせいでレーザーの波長がずれて見えて、丁度吸収する波長に合ってしまう、そういう分子だけが光を吸収してその運動量で押し戻される。こうやって気体の分子の速度をゼロに近づけていく方式です。
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Q光のドップラー効果と光の波長について

音のドップラー効果の場合、音源が動くと音源前方では波長が短くなり
音源後方では波長は長くなり、その波長は音の振動数が一定なら音波が
進んでも変わりません。

しかし星からの光の赤方偏移は、空間の膨張によって起こっているわけですので、
動く音源から音波が広がるような波面の動きとは全く異なると思います。

地球から距離が遠いほど空間の膨張スピードが大きいと考えられているので、
私の予想では、星から出たばかりの光の波長は長く(つまり赤方偏移の度合いが大きく)、
地球に近づくほど短くなると思うのですが、あっていますでしょうか?

そう考えると、ちょっと疑問が出てきてしまいます。
光の速さをc、地球から星が遠ざかる速さをv、D線の振動数をf0、赤方偏移した
D線の振動数をfとすると、ドップラー効果の公式によって次の関係が得られる
かと思います。

f={c/c+v}f0

※高校のある問題集でこの式を求めさせるものがありました。
※ウィキペディアでは違う式になっています。

しかし星から出た光の波長や振動数が地球に近づくにつれて徐々に変化すると
仮定すると、この式のfはいったいどの位置での振動数になるのかと思ってしまいます。
地球に届いたときの振動数なのか、星を出発した直後の振動数なのか…

そもそも星から光が出てから地球に光が到達するまで、空間の膨張は刻々と変化
しているわけで、本当にこの式が正しいのかと疑問に思ってしまいます。

また、式は地球から遠ざかる速さを用いていますが、これも納得いきません。
刻々と変わる空間の膨張スピードを用いるのならわかりますけど。

どうかご回答よろしくお願いいたします。

音のドップラー効果の場合、音源が動くと音源前方では波長が短くなり
音源後方では波長は長くなり、その波長は音の振動数が一定なら音波が
進んでも変わりません。

しかし星からの光の赤方偏移は、空間の膨張によって起こっているわけですので、
動く音源から音波が広がるような波面の動きとは全く異なると思います。

地球から距離が遠いほど空間の膨張スピードが大きいと考えられているので、
私の予想では、星から出たばかりの光の波長は長く(つまり赤方偏移の度合いが大きく)、
地球に近づくほど短くなると...続きを読む

Aベストアンサー

波長というのは光源と観測者との関係によってきまります。

ひとつ思考実験をしてください。

ここに光源がある、それに対して貴方が光速の1/2のスピードで遠ざかったと
したらどうなるでしょう? 光速は一定です。これは光源や観測者の運動には関
係ありません。ですので当然に波長が長く観測されますよね。

では、その光源から貴方までの間に波長が変わりましたか? そうじゃないです
よね。波長が可変になるのではなく、観測する貴方が運動したから波長が長く観
測されたのです。

宇宙の膨張もそうですよ。

Q光の散乱について、ミー散乱とレイリー散乱の違い

光の散乱には色々あることは知っていますが、それらの違いについて素人の感覚にて理解できる説明をお願いします。
その散乱による視覚との関連性は?

Aベストアンサー

「ミー拡散」は光の波長と同じかそれよりも大きい粒子による光の拡散。
また、ミー拡散は雲が白く見える一因で、チンダル現象も基本的にはミー拡散により発生します。

「レイリー拡散」は、光の波長よりも小さいサイズの粒子による光の散乱。
レイリー拡散により、太陽光が大気で散乱されることによって、空が青く見えるというものがあります。

まぁ、大気中に有る粒子が光の波長より小さければレイリー拡散が発生し、
同じか大きければミー拡散が発生する…って感じでしょうか。

光の拡散(反射)や、大気中の成分の割合などにより太陽光の通ってくる色も変わってくるので、
分かりやすい視覚の変化はやっぱり空の色でしょうか(・ω・)

Qドップラー効果について

ドップラー効果について

ドップラー効果の原因について、観測者の見る速度vが変わるからということは分かったのですが、波長のほうが変わるからというのがよくわかりません

解説よろしくお願いします

Aベストアンサー

ここで質問するよりは、「ドップラー効果」で検索すれば、色んな回答がありますよ。

参考URL ↓

参考URL:http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/2-2-0-0/2-2-3-1doppura-kouka.html

Qレーザパルス周波数とビーム特性の関係

漠然とした質問で大変恐縮ですが、
【レーザパルス周波数とビーム特性の関係】を要所をまとめて説明せよ
と言う質問に対する回答なんですが、どなたか教えて頂けませんか?

Aベストアンサー

素人ですが、かなり専門的な項目なので場合によっては詳しい回答がつかない事もあるのではないでしょうか。

実際に仕事に使う事を目的に勉強されているのでしたら、レーザー加工についての本を1-2冊入手して調べられたら如何ですか。

amazon等で 本 レーザー加工 等とサーチしてみて下さい。

或いは大抵の項目は例えば次のような言葉を組合せてサーチすれば情報が見つかります。
関連項目も理解した上での回答でないと、その場限りの付け焼刃にしかならないのではと思われますので、出来るだけ自分で調べてみて下さい。

基礎、入門、  技術、解説、概要、  実際、応用、動向、最新

レーザー加工 基礎 OR 入門
レーザー加工機 入門 OR 解説 OR 概要    

レーザーパルス 周波数 ビーム特性

Qドップラー効果について

音源が動く場合、
波長は変わるが、音の相対速度は変わらないそうなのですが、
なぜ音の相対速度が変わらないのかがわかりません。
例えば、
速さVの電車の中で、進行方向に向けて速さvでボールを投げると、
電車の外で静止している観測者にとっては、
ボールの速さはV+vになりますよね。
これと同じで、
音速をV、音源が動く速さをvとしたら、
音の相対速度は、観測者が動く場合と同様、
V+vあるいはV-vという具合に変化するはずなのでは?
こうならない理由を教えてください。


また、観測者が動く場合、
音の相対速度は変わるが、波長は変わらないということを考えると、
相対速度が不変の光の場合、
ドップラー効果は起きないのでしょうか?

Aベストアンサー

光についてのみ

光のドップラー効果は音の場合と比べて、近似的には同じ式になるのですが、そのしくみはまるで異なります。
おっしゃるとおり光速が不変ですから、観測される振動数の変化はそのまま波長の変化に通じます。そして、光源が動く場合と観測者が動く場合の区別はつけようがなく、ただ両者の相対速度のみによって振動数の変化が決まります。光のドップラー効果は、観測者に対して光源が動くことによって光源から出された光のエネルギーと運動量とが相対論的な変換を受けて観測されるという効果によって生じる現象です。

Qアンテナの誘電率が1変化するごとに周波数はどれくらい変化するのでしょう

アンテナの誘電率が1変化するごとに周波数はどれくらい変化するのでしょうか?どのように求めればよいでしょうか?アンテナのエレメントは正方形で一辺15mmです。

Aベストアンサー

アンテナのプロではないのですが、回答が付かないようですので。
まず、「アンテナの誘電率」というのがよくわかりません。
正方形の誘電体アンテナでしょうか?
それにしても、励振するために何らかの導体なり導波管なりが介在していると思います。
その辺の構造を示して頂けないでしょうか。一般的な名称のあるアンテナなら、それでも結構です。

何故そんなことを言うのかというと、構造から実効誘電率が決まるので、誘電体の比誘電率だけでは一概に短縮率を決定できないからです。
また、構造によって比帯域幅も決まってきます。
そういう意味でも、「周波数はどれくらい変化?」が答え辛いです。多分、中心周波数が変化する量のことだと思うのですが。

また、おそらくお書きの「誘電率」は「比誘電率」ですね。
専門家間でも、口頭で「誘電率」と言った場合、大抵は「比誘電率」なのですが、文章で書くときはきちんと書くのが普通です。
その辺も正確に使い分けた方が良いと思います。

Qドップラー効果について

ドップラー効果は観測者と音源が動いてなければ起きませんよね。
ふと思ったのですが、観測者と音源が動いていてもドップラー効果が起こらないことはありえますか?
もしありえるならそれはどんなときですか?
教えてください。

Aベストアンサー

ドップラー効果とは、音源と観測者の距離が変ることによって音の振幅巾が変化する為に起こる物です。
そのどちらか或いは両方が移動していても、その間の距離が変らなければドップラー効果は起きません。
両方が移動していても、その距離が変らない位置関係で有ればドップラー効果は起きず、片方が停止していてもその距離が変化しなければこの場合もドップラー効果は発生しないことになります。

たとえば、両方が同じ方向に同じ速度で移動すれば、その間の距離の変化は起きません。
また、片方が停止している或いは同じ速度で無い状態でも、その回りを特距離を保って移動すればドップラー現象は起きないことになります。

Qコンプトン散乱は弾性散乱?

コンプトン散乱について調べていると、弾性散乱と記載されていたり、非弾性散乱と記載されていたりして混乱してしまいました。どなたかわかる方がおられればご教授下さい。

自分なりに考えた結果、電子の結合エネルギーが無視できるほど小さい場合は弾性散乱、そうでない場合は非弾性散乱になり、弾性の場合も非弾性の場合もあるのかなと思っていますが、これで合っているのでしょうか?

Aベストアンサー

コンプトン散乱の場合、入射するX線と散乱されたX線を比較すると波長が変化していますのでX線に注目する場合には非弾性散乱としています。
同じX線の散乱でも、トムソン散乱のように波長が変わらない散乱は弾性散乱と呼ばれます。

電子が束縛されているエネルギーが小さい場合でも、はじき出される電子が持つエネルギーが大きいとX線の波長は大きく変わりますのでこの場合は非弾性散乱として取り扱わないといけません。


別の見方をすると、通常の物と物との衝突において、弾性衝突とは運動エネルギーの和が保存されますが、非弾性衝突では運動エネルギーの和が保存されません。(物質の変形や熱の形に運動エネルギーが変換されるため)
このロジックで行けば、コンプトン散乱はエネルギーが保存されているため"弾性"衝突とみなせます。そういう意味で弾性・非弾性を使い分けている場合もあります。

Q音源が斜めに移動するドップラー効果について

問題集で斜め方向のドップラー効果の公式について読んでいて思ったのですが、斜め方向のドップラー効果の公式は音源の振動数をfoとしたとき、foが極小でも成り立つんですか?
foが十分に大きいときしか成り立たないように思えてしょうがないのですが。

Aベストアンサー

よいところに気づかれましたね。観測者が静止している場合の近似の条件は、音源の速さv、観測者までの距離をLとして、fo>>v/L となるようです。下記が参考になると思います。

>http://tachiro.client.jp/theorem/theorem-022-dopplereffect-3.pdf

Q弾性散乱=干渉性散乱?

弾性散乱と干渉性散乱は同じことでしょうか?

どちらもエネルギーの授受がなく、方向のみが変化する現象と理解していたのですが。。。
とある教科書で両者を使い分けているような表記があったため混乱しています。

よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

そう単純には言えません。
光りの散乱で有名なラーマン散乱は一般的に非弾性で干渉性、
ミー散乱は弾性で干渉性と言われています。

ドイツのWikiに簡潔にまとめられていたので訳して紹介します。

Wiki衝突Stoss
http://de.wikipedia.org/wiki/Elastischer_Sto%C3%9F#Elastischer_Sto.C3.9F
(動画が見られます)

弾性衝突
2つの物体が、エネルギを例えば熱や変形エネルギの様な内部エネルギに
転換することなく衝突すること。エネルギ保存則によれば、衝突前の運動エネルギ
(力学的エネルギ)の和は衝突後の力学的エネルギ(運動エネルギ)の和に等しい。
同じ事は運動量のベクトル和に対いても運動量保存則として成りたつ。

散乱
素粒子物理学、原子物理学、核物理学、または光子が関与している場合は散乱と呼ばれる。
ここでも同じように、非弾性散乱(非弾性衝突)は力学的エネルギがそのものとして
保存されるのでは無く、部分的に例えば励起エネルギとして使われるか、または結合の
切断に使われる。
ある一つの光子が非弾性散乱に関与する場合は一般的にはその波長が変化する。


Wiki散乱Streuung
http://de.wikipedia.org/wiki/Streuung_(Physik)

弾性散乱と非弾性散乱は区別される。弾性散乱(弾性衝突も参照)では力学的エネルギの
和は衝突以前のそれと同じ大きさである。非弾性散乱ではこれに対して、例えば既に有る
力学的エネルギの一部がある原子の励起エネルギに転化したり、またはある結合を切る
イオン化過程で使われたりする。

狭い意味では非弾性散乱は入射された粒子が衝突後に、エネルギは減少しても、まだ存在し
しており、広い意味では吸収過程(入射粒子が「消滅」する過程)も非弾性散乱過程に
含まれている。

波の散乱では、干渉性散乱と非干渉性散乱が区別される。干渉性散乱では入射波と散乱波の
間には確かな位相関係があり、非干渉性散乱には無い。干渉性光線が干渉的に散乱されると、
散乱光は相互に干渉する。これは特にレントゲン線(X線)回折に応用される。

そう単純には言えません。
光りの散乱で有名なラーマン散乱は一般的に非弾性で干渉性、
ミー散乱は弾性で干渉性と言われています。

ドイツのWikiに簡潔にまとめられていたので訳して紹介します。

Wiki衝突Stoss
http://de.wikipedia.org/wiki/Elastischer_Sto%C3%9F#Elastischer_Sto.C3.9F
(動画が見られます)

弾性衝突
2つの物体が、エネルギを例えば熱や変形エネルギの様な内部エネルギに
転換することなく衝突すること。エネルギ保存則によれば、衝突前の運動エネルギ
(力学的エネルギ)の和は衝突後の...続きを読む


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