ATN - PHYSICS
397 subscribers
93 photos
4 videos
13 files
30 links
Physics Discussion
Download Telegram
DopplerEffect.pdf
108.9 KB
Doppler Effect
❤1
\documentclass{article}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{amsfonts}
\usepackage{amssymb}
\usepackage{times}
\usepackage[T1]{fontenc}

\title{\textbf{Derivation of Doppler Effect}}
\author{}
\date{}

\begin{document}
\maketitle

\section*{}
If there is a relative motion between the source that is producing the waves and the observer, the frequency of the waves that are being produced by the source is not equal to the frequency of the waves that are reaching to the observer. This process is called the Doppler effect.

\subsection*{}
General equation,
$$f' = \left( \frac{v \pm v_o}{v \mp v_s} \right) f$$
where,
\begin{itemize}
\item $f'$ = the observed frequency or the detected frequency
\item $f$ = the emitted frequency of the source
\item $v$ = the velocity of the wave
\item $v_o$ = the velocity of the observer or the detector
\item $v_s$ = the velocity of the source
\end{itemize}

\subsection*{}
Shift up ($f' > f$)
\begin{itemize}
\item The source and the observer approach to each other.
\item Sign convention $\rightarrow +v_o$, $-v_s$
\end{itemize}

\subsection*{}
Shift down ($f' < f$)
\begin{itemize}
\item The source and the observer move away from each other.
\item Sign convention $\rightarrow -v_o$, $+v_s$
\end{itemize}

\subsection*{}
\textbf{Case 1:} If both the source and the observer are stationary, $v_s = 0$ and $v_o = 0$, the observed frequency is equal to the emitted frequency.
$$f' = f = \frac{v}{\lambda}$$
There is no Doppler effect in this condition.

\subsection*{}
\textbf{Case 2:} If the source moves with a velocity $v_s$ towards the stationary observer ($v_o = 0$),
\begin{center}
\setlength{\unitlength}{1cm}
\begin{picture}(10,2)
\put(1,1){\footnotesize source}
\put(1.5,1.1){$\bullet$}
\put(2,1){\vector(1,0){1}}
\put(2.5,1.3){$v_s$}
\put(4,0.5){\line(0,1){1}}
\put(4,1.5){\line(0,-1){1}}
\put(6,1){\footnotesize observer}
\put(6.5,1.1){$\bullet$}
\end{picture}
\end{center}
the emitted frequency $= f = \frac{v}{\lambda}$
the observed frequency $= f' = \frac{v}{\lambda'}$
\begin{align*}
\lambda' &= \lambda - x = \lambda - v_s T \\
&= \lambda - \frac{v_s}{f} \quad \left( \because f = \frac{1}{T} \right) \\
&= \frac{v}{f} - \frac{v_s}{f} = \frac{v - v_s}{f}
\end{align*}
$$f' = \frac{v}{\lambda'} = \frac{v}{\left( \frac{v - v_s}{f} \right)} = \left( \frac{v}{v - v_s} \right) f \quad \text{Shift up}$$

\subsection*{}
\textbf{Case 3:} If the source moves with a velocity $v_s$ away from the stationary observer ($v_o = 0$),
$$\lambda' = \lambda + x$$
$$f' = \left( \frac{v}{v + v_s} \right) f \quad \text{Shift down}$$

\subsection*{}
\textbf{Case 4:} If the observer moves with a velocity $v_o$ towards the stationary source ($v_s = 0$),
\begin{center}
\setlength{\unitlength}{1cm}
\begin{picture}(10,2)
\put(1,1){\footnotesize stationary}
\put(1.6,1.1){$\bullet$}
\put(2,1){\line(1,0){1}}
\put(2,0.8){$\lambda$}
\put(2,1.2){$\lambda$}
\put(3,1){\vector(1,0){1}}
\put(3.5,1.3){$v$}
\put(6,1){\footnotesize moving observer}
\put(6.5,1.1){$\bullet$}
\put(6.5,1.3){$v_o$}
\put(6.5,1.1){\vector(-1,0){1}}
\end{picture}
\end{center}
$f = \frac{v}{\lambda}$, \quad $f' = \frac{v'}{\lambda}$ \quad (* There is no change in the wavelength *)
$v' = v + v_o$
$$f' = \frac{v + v_o}{\lambda} = \frac{v + v_o}{\left( \frac{v}{f} \right)} = \left( \frac{v + v_o}{v} \right) f \quad \text{Shift up}$$

\subsection*{}
\textbf{Case 5:} If the observer moves with a velocity $v_o$ away from the stationary source ($v_s = 0$),
$f = \frac{v}{\lambda}$, \quad $f' = \frac{v'}{\lambda}$
$v' = v - v_o$
$$f' = \frac{v - v_o}{\lambda} = \frac{v - v_o}{\left( \frac{v}{f} \right)} = \left( \frac{v - v_o}{v} \right) f \quad \text{Shift down}$$
\subsection*{}
\textbf{Generalization of the above conditions,}
\begin{align*}
f' &= \left( \frac{v}{v \mp v_s} \right) f \quad \cdots (1) \\
f' &= \left( \frac{v \pm v_o}{v} \right) f \quad \cdots (2) \\
f' &= \left( \frac{v \pm v_o}{v} \right) \left( \frac{v}{v \mp v_s} \right) f \\
f' &= \left( \frac{v \pm v_o}{v \mp v_s} \right) f
\end{align*}

\end{document}
👍1
LaTex နဲ့ Chat GPT တွဲသုံးတတ်လျှင် လက်နဲ့တွက်ထားတဲ့ ဟာကို အပေါ်က ပို့ထားတဲ့ PDF အဖြစ် ငါးမိနစ်အတွင်း ဖန်တီးလို့ရပါတယ်။
Operator and Function

Quantum Mechanics ကိုလေ့လာတဲ့ နေရာမှာ ကျွန်တော်တို့ မဖြစ်မနေတွေ့ရမှာကတော့ Operator တွေနဲ့ Function တွေပဲဖြစ်ပါတယ်။ Function လို့ ပြောတဲ့ နေရာမှာ System တစ်ခုခုကို ကိုယ်စားပြုတဲ့ Wave function ဆိုပါစို့။ Dirac notation သဘောတရားနဲ့ ပြောမယ်ဆိုရင် State vector လို့လည်း ပြောလို့ရပါသေးတယ်။ ဟုတ်ကဲ့။ |Ψ> ဆိုတာဟာ State vector ဖြစ်ပါတယ်။ Wave function သဘောနှင့်ပြောမယ်ဆိုရင်တော့ Ψ(x) ပေါ့။

အဲ့ဒီ Ψ(x) ကို ကျွန်တော်တို့အနေနဲ့ Mathematical operations တွေ အများကြီးလုပ်လို့ရတယ်ဗျ။ ဆိုလိုတာက constant တစ်ခုနဲ့ မြှောက်တာ၊ စားတာ သို့မဟုတ် တစ်ခြား Function တစ်ခုနဲ့ မြှောက်တာ၊ စားတာ သို့မဟုတ် Differentiate လုပ်တာ Integrate လုပ်တာ အစရှိသဖြင့် အမျိုးမျိုးလုပ်လို့ရတယ်ဗျ။ အဲ့လိုလုပ်လိုက်ခြင်းအားဖြင့် Function တစ်ခုဟာ တစ်ခြား function တစ်ခုအဖြစ် ပြောင်းလဲကောင်း ပြောင်းလဲနိုင်ပါလိမ့်မယ်။
ဥပမာ အနေနဲ့
f(x) = kφ(x) (constant တစ်ခုနှင့် မြှောက်ခြင်း)
f(x) = Φ(X)/k (constant တစ်ခုနှင့် စားခြင်း)
f(X) = U(X)Φ(X) (function တစ်ခုနှင့် မြှောက်ခြင်း)
f(X) = Φ(X)/U(X) (function တစ်ခုနှင့် စားခြင်း)
f(X) = dφ/dx (Differentiate လုပ်ခြင်း)
f(X) = int\ Φ dx (integrate လုပ်ခြင်း)

အပေါ်မှာ ပြောထားတဲ့ Mathematical operations တွေကို General form တစ်ခုအနေနဲ့

f(X) = Aφ(X) လို့ရေးလို့ ရပါတယ်။ အဲ့ ဒီ ညီမျှခြင်းမှာ ရှိတဲ့ A ကို operator လို့ ခေါ်ကြောင်းပါ။ Operator တစ်ခုမှာ Mathematical operation တစ်ခု သို့မဟုတ် တစ်ခုထက် ပိုပြီးတော့လည်း ပါလို့ရတယ်ဗျ။

ဆိုပါစို့ operator A ဟာ
A = d/dx ဆိုရင် Differentiate လုပ်တဲ့ mathematical operation တစ်ခုသာပါပါတယ်။

တစ်ကယ်လို့
A = a + ad/dx + ad²/dx² + ... ဆိုရင်တော့ မြှောက်ခြင်း၊ Differentiate လုပ်ခြင်းအပြင် order အဆင့်ဆင့်ရှင်းရတဲ့ အခြေအနေထိပါတွေ့ရနိုင်တယ်ဗျ။

A = a + ad/dx + ad²/dx² + ...
ဆိုတဲ့ ညီမျှခြင်းကို operator equation လို့ခေါ်ပါတယ်။ သူဟာ actual equation တစ်ခုမဟုတ်ပါဘူး။

Aφ(X) = aφ + adφ/dx + ad²φ/dx² + ...

သည်သာလျှင် equation တစ်ခုဗျ။

ဟုတ်ကဲ့ ဒါကတော့ operator နဲ့ function တို့ရဲ့ အခြေခံသဘောပါ။ နောက်ထပ် QM မှာပါတဲ့ Operator အမျိုးမျိုးနဲ့ Mathematical properties တွေကိုတော့ နောက် post တွေမှာ ဆက်လက်မျှဝေပေးပါ့မယ်။

#atn_physics
Projectile motion မှာ ဘာ့ကြောင့် Horizontal acceleration ဟာ Zero ဖြစ်ရတာလဲ။ ဒါမှမဟုတ် Horizontal acceleration ကို Zero ယူလို့ မရတဲ့ အခြေအနေတွေရော ရှိနေနိုင်သလား။

ဟုတ်ကဲ့။

အဲ့ဒီမေးခွန်းကို ဒီ post မှာ ဆွေးနွေးပေးသွားမှာဖြစ်ပါတယ်။

ပထမဆုံး Projectile motion ကို အဓိပ္ပါယ်ဖွင့်ကြည့်မယ်ဗျ။ x-direction နဲ့ y-direction နှစ်ခုစလုံး တစ်ပြိုင်နက်‌ရွေ့လျားတာကို projectile motion လို့ခေါ်ပါတယ်။ တစ်နည်းပြောရရင် Gravitational field ထဲမှာ ဝတ္တုတစ်ခုရွေ့လျားခြင်း။ Electric field သို့မဟုတ် Magnetic field ထဲမှာ Charge particle တစ်ခုရွေ့လျားခြင်းလိုမျိုးပေါ့။ သူရွေ့သွားရာ လမ်းကြောင်းတစ်လျှောက်မှာ အထက်ဖော်ပြပါ Force field တွေက Uniform field ဖြစ်လျှင် constant force သက်ရောက်နိုင်ပါတယ်။ တစ်ကယ်လို့ Non uniform field ဆိုလျှင်တော့ Variable force သက်ရောက်နိုင်ပါတယ်။ပြီးတော့ x နှင့် y components တွေဟာလည်း တစ်ခုနှင့်တစ်ခု independent ဖြစ်ပါသေးတယ်။ ဆိုလို့တဲ့သဘောက horizontal motion ကြောင့် vertical motion အပေါ်မှာ အပြောင်းအလဲ မဖြစ်စေပါဘူး။ ထားတော့။

Particle တစ်ခုရွေ့လျားရာ trajectory တစ်လျှောက်မှာ Force တစ်ခုခုတော့ သက်ရောက်နိုင်ပါတယ်။ နှစ်ခု သို့မဟုတ် နှစ်ခုထက်ပိုတဲ့ အားတွေလည်း သက်ရောက်နိုင်သေးတယ်ဗျ။ အဲ့ဒါကို အရိုးရှင်းဆုံး ဥပမာလေးတစ်ခုကနေ စရှင်းချင်ပါတယ်။

1) Horizontal acceleration= zero ဖြစ်ရခြင်း အကြောင်း (သို့မဟုတ်) ရာမမင်းသား လေးတော်တင်ခန်း

ရာမမင်းသားဟာ ရွှေသားအတိဖြစ်တဲ့ လေးကိုမလိုက်တယ်။ ထို့နောက် မြားတံကို လေးကြိုးပေါ်မှာတင်ကာ လေးကို ယောင်္ကျားသားတို့ရဲ့ အားမာန်အပြည့်နှင့် ညှိလိုက်‌ပါတော့တယ်။ ပစ်မှတ်ကိုချိန်ပြီး မြားတံကို ပစ်လိုက်ရာ မြားတံမှာ လေဟုန်ခွင်းလျက် ပြေးထွက်သွားလေတော့သည်။

အပေါ်စာပိုဒ်က ပုံပြင်တစ်ခုရဲ့ အစိတ်အပိုင်းတစ်ခုဆိုပါစို့။ ဒါကတော့ သာမန်အမြင်မှာ ပုံပြင်တစ်ပုဒ်၊ ဇာတ်ကွက်တစ်ခုထက်မပိုပါဘူး။ ဟုတ်ကဲ့။ ရူကဗေဒအမြင်နဲ့ ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာကြည့်ကြစို့ဗျာ။

မြားပစ်တယ်ဆိုတာက လေးကြိုးကို ဆွဲဖို့လိုအပ်ပါတယ်။ မြားတံရဲ့အမြီးပိုင်းကို ကြိုးနဲ့တေ့ထားရမှာပေါ့။ ကြိုးကိုဆွဲလိုက်တဲ့အခါမှာ ကြိုးဟာ Elastic potential energy ကို ပိုင်ဆိုင်လာပါတယ်။ တစ်နည်းအားဖြင့် သူဟာ အားသက်ရောက်နိုင်ပါတယ်။ Hooke's Law ကို လိုက်နာသလား မလိူက်နာဘူးလားဆိုတာကတော့ ကြိုးကိုဖန်တီးရာမှာသုံးတဲ့ Material နဲ့ဆိုင်သေးသဗျ။ မြားပစ်ဖို့ လေးကြိုးကို လက်က လွှတ်လိုက်တဲ့အခါမှာ ကြိုးက မြားတံပေါ်မှာ အားသက်ရောက်လိုက်ပါတော့မယ်။ သက်ရောက်တဲ့အားက သူ့ကြိုဆွဲထားရာကနေ ပြန်ဖြောင့်သွားသည်အထိပေါ့။ ဒီလို အားသက်ရောက်လိုက်လို့လည်း မြားက ရပ်နေရာကနေပြေးထွက်သွားတာမဟုတ်လား။ ဟုတ်ပြီ ဒီတော့ အားသက်ရောက်လိုက်တာက ခဏလေးပါ။ ကြိုးဆွဲထားရာကနေ ကြိုးပြန်ဖြောင့်သွားတဲ့အထိ မြားတံရဲ့ရွေ့လျားမှုက Accelerated motion ပါ။ သက်ရောက်တဲ့ force ကလည်း constant မဖြစ်လို့ acceleration ဟာလည်း constant မဖြစ်နိုင်ပါဘူး။ ဒါပေမယ့် ဒါကပဲ မြားတံကို လေးကိုင်းကနေ စထွက်လာတဲ့ အလျှင်တစ်ခုကို ရလာစေပါတယ်။ မြားတံဟာ လေးကနေလွတ်ထွက်သွားပြီဆိုတာနှင့် အဲ့ဒီအားက မသက်ရောက်တော့ပါဘူး။ လေးကိုင်းကနေ မြားတံလွတ်ထွက်လာရင် သူ့အပေါ်ကို အားသက်ရောက်တာမရှိတော့ဘူး‌ဗျ။ ဒီတော့ လေးကိုင်းကနေထွက်လာတဲ့ Velocity ဟာ မြားရဲ့ Projectile motion ကို သုံးသပ်လို့ရမယ့် Initial velocity ဖြစ်လာပါတယ်။ ပုစ္ဆာတွေကပေးတာက အဲ့ဒါကိုပေးတာပါ။ လေပေါ်မှာ ပျံဝဲပြီဆိုတာနဲ့ သူ့အပေါ်မှာ တောက်လျှောက်သက်ရောက်တဲ့ Force ကတော့ Gravity ပါပဲ။ သို့သော် လေခုခံမှုကိုသာ လျစ်လျူရှုခဲ့ရင် X direction အတိုင်းသက်ရောက်ရာ အားမရှိတော့ပါဘူး။ ဒါ့ကြောင့် horizontal acceleration က zero ဖြစ်တာပါ။ horizontal component of acceleration က Zero ဖြစ်တာပါ။ vertical direction မှာတော့ acceleration ရှိပါတယ်။ Gravity ကြောင့်လေ ။ ဟုတ်လား။ vertical acceleration ကတော့ အားလုံးသိတဲ့ g ပဲပေါ့။

Horizontal motion အတွက် equation က
x = u_x *t = v_x *t
(Constant velocity နဲ့ရွေ့တာမို့ ဒီတစ်ကြောင်းနဲ့ လုံလောက်ပါတယ်။)

Vertical motion အတွက် equations တွေက
v_y = u_y + g*t
y = u_y*t + ½*g*t²
v_y² = u_y² + 2gy
g = -10 m/s²
Upward +
Downward -

(equations of motion under constant acceleration အောက်က equations တွေပေါ့ဗျာ။)

Time of flight တို့၊ Horizontal Range တို့၊ Maximum height တို့ကို ရှာတဲ့ equations တွေကို ဒီအပေါ်မှာဖော်ပြထားတဲ့ equations တွေကို အလျင်းသင့်သလို ပေါင်းစပ်ဖွဲ့စည်းထားတာဗျ။

ဟုတ်ကဲ့ ဒီလောက်ဆို ဘာကြောင့် Horizontal acceleration ကို zero ထားတယ်ဆိုတာ နားလည်မယ်လို့ ယူဆပါတယ်။ အဲ့ဒါကြီးကို အလွတ်မှတ်ထားတာထက် နားလည်ပြီး သိတဲ့အသိက ပိုပြီး နှစ်လိုဖွယ်ကောင်းတယ်ဗျ။

2) Horizontal acceleration ≠ zero ဖြစ်ရခြင်း
သို့မဟုတ် AH - 64 Apache helicopter က ပစ်တဲ့ missiles တွေ
❤3
ခေတ်စနစ်တွေက တိုးတက်လာတော့ လေးနဲ့မြားနေရာမှာ Missiles launcher တွေနဲ့ missiles တွေအစားထိုးဝင်ရောက်လာပါတယ်။ ဒီကောင်တွေရဲ့ ဖင်က မီးမှုတ်တယ်မဟုတ်လား။ Gas တွေပန်းထုတ်တာပါ။ ဆိုတော့ သူဟာ ပျံသန်းနေတဲ့ အချိန်တစ်လျှောက်လုံး သူ့အပေါ် အားသက်ရောက်မှုရှိနေတော့ Horizontal acceleration က zero မဟုတ်တော့ပါဘူး။ Zero ထားတွက်ရင် အလွဲကြီးလွဲပါပြီ။

ကဲ ပိုပြီးနားလည်အောင် ပုစ္ဆာလေးလုပ်ပေးထားပါတယ်။ ဘယ်စာအုပ်ထဲကမှ ကူးချထားတာမဟုတ်သလို Chat GPT လည်းသုံးမထားတဲ့ ဟာလေးပါ။ ကိုယ်တိုင်ပဲ အတွေးပေါက်လာလို့ ရေးထားတာပါ။ အောက်မှာလည်း တွက်ပြထားတယ်ဗျ။

ပုစ္ဆာလေးကတော့

An AH-64 Apache helicopter, which is flying horizontally at a height of 800 m and a speed of 250 km/h, fires a missile straight forward that accelerates at 70 m/s² constantly. The missile has a mass of 50 kg. Calculate the range of the missile and the magnitude of the landing momentum on the target. Ignore air resistance.

****

ဟုတ်ကဲ့ ပေးချင်တဲ့ Message ကတော့ Projectile motion မှာ Horizontal acceleration က zero ဆိုတာကို အလွတ်မှတ်ထားတာထက် ဘယ်လို objects တွေမှာ zero ဖြစ်ပြီး ဘယ်လို objects တွေမှာတော့ zero မဖြစ်ဘူးဆိုတာကို နားလည်ထားဖို့လိုအပ်ပါတယ်။ ရူပဗေဒကို ရူပဗေဒလိုတွေးတတ်ဖို့က အလွန် အရေးကြီးလှပါတယ်။ ငါတို့က စာမေးပွဲမှာ အမှတ်ရရင် ရပြီဆိုတာထက် Physical problem တွေကို ဂဎနဏ နားလည်ပြီး ပုစ္ဆာတစ်ပုဒ်ကို ဖတ်လိုက်တာနဲ့ Background theory တွေကိုပါ တန်းမြင်တတ်ဖို့ လိုအပ်တယ်ဗျ။ ဆရာ၊ ဆရာမတွေကလည်း ဒါကို အလေးထားပြီးသင်ကြားဖို့လိုအပ်ပါတယ်။ ပုံနှိပ်ထဲက ပုစ္ဆာထက် ဒါလေးကိာ ဒီလိုလေးပြင်လိုက်ရင် ရှုထောင့်က ဘယ်လိုဖြစ်လာမယ်။ ဒါက စာမေးပွဲမှာ မမေးနိုင်ပေမယ့် အခုပြောတဲ့ Concept ဟာ အကန့်အသတ်ဘယ်လောက် အထိမှန်တယ်။ ဘယ်လိုအဆင့်ထိ အသုံးဝင်တယ်။ လှေနံဓားထစ် မှတ်ရမယ့် အရာမဟုတ်ဘူးဆိုတာကို လှစ်ဟပြဖို့က အာစရိယတို့ရဲ့ သမိုင်းပေးတာဝန်သာဖြစ်ပါတယ်။

သို့သော် ရွှေပြည်မှာတော့ဖြင့် လှေနံကိုဓားထစ်ဖို့ ဓားရိုးကန်းပေးတဲ့ သင်ကြားရေးနည်းစနစ်များကို ကျယ်ကျယ်တစ်မျိုး တိုးတိုးတစ်ဖုံ ကြားနေရပါကြောင်း။ ။

#atn_physics
👍2
❤3
A load of 3 kg is hung from a spring, which is simultaneously pulled horizontally by a wire with a tension of 40 N, as shown in the figure. Under these conditions, the stretched length of the spring is 50 cm. Given that the original (unstretched) length of the spring is 30 cm, calculate the elastic energy stored in the spring. Assume the spring does not exceed its limit of proportionality.
Investigation of Elastic Constant of a Spring