Efekt Dopplera jest środkiem, za pomocą którego właściwości falowe (w szczególności częstotliwości) mają wpływ ruch źródła lub słuchacza. Zdjęcie po prawej pokazuje, w jaki sposób poruszające się źródło zniekształca fale z niego płynące z powodu efektu Dopplera (znanego również jako Przesunięcie Dopplera).
Jeśli kiedykolwiek czekałeś na przejeździe kolejowym i słuchałeś gwizdka pociągu, prawdopodobnie zauważyłeś, że wysokość gwizdka zmienia się, gdy porusza się on względem twojej pozycji. Podobnie wysokość syreny zmienia się, gdy zbliża się, a następnie mija cię na drodze.
Obliczanie efektu Dopplera
Rozważmy sytuację, w której ruch jest zorientowany w linii między słuchaczem L i źródłem S, przy czym kierunek od słuchacza do źródła jest kierunkiem dodatnim. Prędkości vL. i vS. są prędkościami słuchacza i źródła względem ośrodka falowego (w tym przypadku powietrza, które uważa się za spoczynkowe). Prędkość fali dźwiękowej, v, jest zawsze uważane za pozytywne.
Stosując te ruchy i pomijając wszystkie niechlujne pochodne, otrzymujemy częstotliwość słyszaną przez słuchacza (
faL.) pod względem częstotliwości źródła (faS.):faL. = [(v + vL.)/(v + vS.)] faS.
Jeśli słuchacz jest w spoczynku, to vL. = 0.
Jeśli źródło jest w spoczynku, to vS. = 0.
Oznacza to, że jeśli ani źródło, ani słuchacz się nie poruszają, to faL. = faS., czego dokładnie można się spodziewać.
Jeśli słuchacz zbliża się do źródła, wówczas vL. > 0, ale jeśli odsuwa się od źródła, wtedy vL. < 0.
Alternatywnie, jeśli źródło przesuwa się w kierunku słuchacza, ruch jest w kierunku ujemnym, więc vS. <0, ale jeśli źródło oddala się od słuchacza, wtedy vS. > 0.
Efekt Dopplera i inne fale
Efekt Dopplera jest zasadniczo właściwością zachowania fal fizycznych, więc nie ma powodu, aby sądzić, że dotyczy on tylko fal dźwiękowych. Rzeczywiście, jakakolwiek fala wydaje się wykazywać efekt Dopplera.
Ta sama koncepcja może być stosowana nie tylko do fal świetlnych. To przesuwa światło wzdłuż elektromagnetycznego spektrum światła (oba widzialne światło i więcej), tworząc Przesunięcie Dopplera w falach świetlnych jest to nazywane przesunięciem ku czerwieni lub przesunięciem bluesa, w zależności od tego, czy źródło i obserwator oddalają się od siebie, czy też ku sobie. W 1927 r. Astronom Edwin Hubble obserwował światło z odległych galaktyk przesunięte w sposób zgodny z przewidywaniami Przesunięcie Dopplera i był w stanie wykorzystać to do przewidzenia prędkości, z jaką oddalali się od Ziemia. Okazało się, że generalnie odległe galaktyki oddalają się od Ziemi szybciej niż galaktyki w pobliżu. To odkrycie pomogło przekonać astronomów i fizyków (w tymAlbert Einstein), że wszechświat faktycznie się rozszerzał, zamiast pozostać statyczny przez całą wieczność, i ostatecznie te obserwacje doprowadziły do rozwoju teoria wielkiego podrywu.