Доплеровская частота космического корабля

Космический корабль начинает падать под действием силы тяжести с ускорением г по измерениям наблюдателя Барри, покоящегося на Земле. В тот момент, когда корабль начинает падать, астронавт Гарри на базе ракетного корабля посылает световой сигнал частоты ж вертикально вверх к другому космонавту Салли на расстоянии час выше.

Барри утверждает, что световой сигнал, достигающий Салли, должен быть доплеровским смещением в сторону синего. Это доплеровское смещение Δ ж дан кем-то Δ ж ж Д о п п л е р "=" Δ ты с

где Δ ты скорость ракетного корабля через время Δ т "=" час с

Что я хочу знать, так это то, как это уравнение доплеровского сдвига возникло математически? В тексте говорилось, что они использовали формулу для низкоскоростной аппроксимации релятивистского доплеровского сдвига, которая

ж "=" ж с + в с в

Но я просто не понимаю, как это произошло. Может я что-то упускаю...

Ответы (1)

Я очень надеюсь, что мое предположение верно, что вам просто нужна помощь в понимании того, откуда взялось уравнение, с которым вы столкнулись в своей книге, а не это домашнее задание, которое вы должны были решить. Я полностью поддерживаю здешнюю политику не решать за людей домашние задания.

От начальной точки

ж "=" ж с + в с в   ,

разделить и числитель и знаменатель на с , давая

ж "=" ж 1 + в / с 1 в / с   .

Как правило, как можно проверить с помощью разложения Тейлора, если ϵ 1 , затем

1 1 ϵ 1 + ϵ   .

отмечая, что в / с 1 , применим это приближение к выражению для ж давать

ж ж ( 1 + в / с ) ( 1 + в / с )   ,

что, сохраняя только члены под квадратным корнем, которые имеют первый порядок в в / с , дает

ж ж 1 + 2 в с   .

Другое общее правило, которое можно проверить с помощью разложения Тейлора, состоит в том, что если ϵ 1 , затем

1 + ϵ 1 + ϵ 2   .

Применение этого к приведенному выше уравнению дает

ж ж ( 1 + в с )   .

Умножив обе части этого уравнения на 1 в / с и снова сохраняя только члены первого порядка в в / с дает

ж ( 1 в с ) ж   .

Немного простой алгебры преобразует это уравнение в

ж ж ж в с   ,

который говорит то же самое, за исключением использования других символов, как

Δ ж ж Д о п п л е р "=" Δ ты с   .