אתר מורי פיזיקה - עמוד הבית

מבוסס על:

הרדאר המשטרתי - או מכמונת המהירות- הוא מכשיר באמצעותו מודדים מהירות של מכוניות, כדי לבדוק אם היא גבוהה מהמותר. 

למעשה ישנם מספר סוגים של רדארים משטרתיים, והנפוצים מבוססים על לייזר  או על אפקט דופלר. אנו נתמקד כאן ברדאר המבוסס על התופעה הפיזיקלית הנקראת אפקט דופלר.

רדאר המבוסס על אפקט דופלר (מתוך ויקיפדיה)

תחילה נתאר עקרון פיזיקלי הקרוי "אפקט דופלר": את האפקט הנ"ל אנו מכירים בחיי היומיום בעיקר  בגלי קול: למשל, כאשר אמבולנס מתקרב לעברינו עם סירנה פועלת, הצפירה שנשמע תהיה בתדר גבוה יותר מהתדר המקורי של הסירנה. ככל שהאמבולנס מתקרב אלינו התדר ילך ויקטן. כאשר האמבולנס עובר אותנו נשמע את הצליל בדיוק בתדר המקורי של הסירנה, וכאשר הוא מתרחק התדר שאנו שומעים ילך ויקטן מהתדר המקורי. ככל שתדירות הקול גבוהה יותר, כלומר מספר התנודות שמבצע מקור הקול בכל שנייה גדול יותר, האוזן שלנו שומעת צליל גבוה יותר.

נסביר מה מתרחש: למעשה צליל הסירנה מתקדם באוויר בצורה אחידה בכל הכיוונים ומהירותו היא כ- 330 מטר לשנייה (מהירות הקול באוויר), ואיננה משתנה גם כאשר האמבולנס עומד בחנייה וגם כשהוא נוסע. כאן המקום לציין שעוצמת הקול, להבדיל מגובה הצליל, אינה תלויה בתדירות, אלא באנרגיה של גל הקול ובמרחק ממקור הקול.
נניח שאנו עומדים במרחק 1500מ' מאמבולנס החונה בשולי הכביש. נהג האמבולנס מחליט להפעיל את הסירנה למשך 50 שניות בדיוק. כדי לפשט את החישוב, נניח שמהירות התפשטות הקול באוויר היא 300 מטר לשנייה. פירוש הדבר שנתחיל לשמוע את צליל הצפירה 5 שניות לאחר שהנהג הפעיל אותה ונשמע אותה, כמובן, במשך 50 שניות.
עכשיו נניח שברגע בו מחליט הנהג להפעיל את הסירנה למשך אותן 50 שניות, הוא גם מתחיל לנסוע לכיוונינו במהירות קבועה של 30 מטרים בשנייה (כמובן, לצורך הפשטות בלבד, כי לא ייתכן שמכונית תצבור מהירות כזאת באפס זמן). מתי נתחיל הפעם לשמוע את צליל הצפירה? לאחר אותן 5 שניות, מפני שהצליל יצא לדרכו כאשר המרחק בינינו לבין המכונית היה 1500 מטר בדיוק. אבל שימו לב: הפעם נשמע את הצליל במשך 45 שניות בלבד, מפני שכעבור 50 שניות יגיע האמבולנס ויהיה בדיוק מולנו, כך שלצליל הסירנה לא יידרש זמן כלל על מנת להגיע לאוזנינו. מבחינת הנהג שום דבר לא השתנה, הוא הפיק את אותו הצליל במשך אותן 50 שניות. מבחינתנו, אותו מספר תנודות שהפיקה הסירנה התרחש במהלך 45 שניות, במקום 50 שניות כאשר היה האמבולנס במנוחה. פירוש הדבר שתדירות הצליל (מספר תנודות המתרחשות בשנייה אחת) גדלה. לכן נשמע את הצליל בגובה גבוה יותר. אם האמבולנס מתרחק מאתנו, יקרה אותו הדבר, רק הפוך - תדירות הקול תלך ותקטן. לכן, הצליל שנשמע ייעשה נמוך יותר. נציין, שאם היינו עומדים ממש בקו בו מתקדם האמבולנס, היינו שומעים לאורך כל ההתקדמות לקראתנו את אותו התדר בדיוק. (ותדר זה היה גבוה מהתדר המקורי). כאשר האמבולנס היה בדיוק עובר אותנו היה התדר שאנו שומעים קופץ לערך התדר המקורי, וכאשר האמבולנס היה מתרחק מאתנו היה התדר שאנו שומעים קופץ מיד לתדר נמוך יותר מהתדר המקורי. (זאת בניגוד למקרה בו אנו לא עומדים בקו ישר עם האמבולנס, ואז התדר יורד בהדרגה).

שינוי התדירות כתוצאה מתנועת המכונית (מתוך ויקיפדיה)

תופעה זו של אפקט דופלר מתרחשת בכל סוגי הגלים. רדאר משטרתי הוא מקור המשדר גלי רדיו (גלים אלקטרומגנטיים) בתדירות קבועה (בד"כ בתדרים של 18 עד 27 ג'יגה הרץ או 27 עד 40 ג'יגה הרץ). ברדאר יש משדר ומקלט של גלים אלו. הרדאר משדר אלומה צרה של גלי רדיו אל המכונית הנבדקת. הגלים יפגעו בה ויחזרו לעבר המקלט. (חשוב שהאלומה תהיה צרה כדי למנוע קריאה מוטעית של מהירויות של גופים שאינם המכונית הנבדקת). אם המכונית עומדת, המרחק בין חזיתות הגלים לא משתנה בתנועה הלוך ושוב. המקלט יקלוט אותו מספר תנודות במשך פרק זמן נתון, כלומר את התדירות שבה משדר המקור (הרדאר). אם המכונית מתקרבת לעבר הרדאר, כל גל שמוחזר ממנה עובר דרך קצרה יותר מקודמו עד הגיעו לקולט שברדאר. לכן, חזיתות הגלים נהיות "צפופות" יותר, והרדאר יקלוט יותר תנודות במשך אותו פרק זמן נתון, כלומר- תדירות הגלים הנקלטים גבוהה מהתדירות שבה משדר המקור. שימו לב שבמקרה זה, בניגוד למקרה של האמבולנס, מקור הגלים נייח ואילו המכונית הנבדקת ניידת. בנוסף, כאן המקור הוא גם המקלט, ואילו במקרה של האמבולנס המקור והמקלט הם שני גופים שונים. למעשה, עבור קרינה אלקטרומגנטית, אין חשיבות להבדלים אלו. (אבל זה כן משנה במקרה של האמבולנס בו שומעים גלי קול). מה שקובע את האפקט זו התנועה היחסית בין שני הגופים, כאשר אחד מהם מהווה מקור לגלים. מנגד, במקרה כמו זה שבו המשדר והקולט נמצאים באותו מקום, וההחזרה מתבצעת מגוף נע, מתרחש אפקט דופלר כפול- כאשר ישנה פגיעה במכונית הנעה וכאשר הגלים חוזרים למקלט.

אם כן, כאמור, ישנו הפרש בין התדירות המשודרת והתדירות הנקלטת ברדאר. כאשר הגל המוחזר נקלט, נוצר בטכניקה מסוימת אות בתדירות השווה להפרשי התדירויות, על ידי ערבוב של הגל הנקלט עם הגל המשודר. אות זה מעובד למספר אשר פרופורציונלי למהירות המכונית. כעת מהירות המכונית מחושבת לפי נתון זה, ומוצגת על המסך.