Efekt Dopplera: co to jest, dźwięk, światło i formuły

Efekt Dopplera jest zjawiskiem fizycznym związanym z postrzeganą zmiennością częstotliwości fali w ruchu względem obserwatora.

Efekt ten był badany przez austriackiego fizyka Christiana Dopplera (1803-1853), a odkrycie nazwano jego imieniem. stąd efekt dopplerowski.

Efekt Dopplera można zaobserwować we wszystkich falach elektromagnetycznych, takich jak światło, lub falach mechanicznych, takich jak dźwięk.

Obraz ilustracyjny efektu Dopplera w spoczynku (po lewej) i w ruchu (po prawej)

W ten sposób efekt jest odbierany z ruchu. W miarę zbliżania się źródła dźwięku lub światła odbierana częstotliwość wzrasta, a gdy oddalasz się od obserwatora, częstotliwość spada.

Formuły z efektem Dopplera

Ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że częstotliwość propagacji fali nie zmienia się. Wzór odnosi się do częstotliwości fali uchwyconej przez obserwatora.

Klasyczna formuła (dźwięk)

Zatem klasyczna formuła efektu dopplerowskiego używana do jego relacji z dźwiękiem to:

• Kiedy podejdzie źródło i obserwator: + w liczniku i - w mianowniku.
• Kiedy źródło i obserwator oddalają się: - w liczniku i + w mianowniku.

W przypadku dźwięku, który jest łatwiejszy do zaobserwowania, można zauważyć, że dźwięk staje się niższy w miarę oddalania się źródła od obserwatora.

Postrzegana częstotliwość zmienia się w zależności od ruchu w stosunku do obserwatorów

Formuła relatywistyczna (lekka)

W przypadku światła, gdy się zbliżają, ich częstotliwość skłania się do ultrafioletu (wyższa częstotliwość), a gdy się oddalają, mają tendencję do podczerwieni (niższa). Ta zmienność jest obserwowana przez astronomów w związku z ruchem światła w przestrzeni.

Astronom Edwin Hubble zauważył, że obserwowane sąsiednie galaktyki wykazują „przesunięcie w kierunku czerwony”, co pokazuje, że jego postrzegane światło ma niższą częstotliwość (z tendencją do czerwonego) niż wydany.

W ten sposób wydedukował, że inne galaktyki oddalają się od naszej, co sugeruje, że wszechświat się rozszerza. Prawo Hubble'a opierało się na efekcie Dopplera.

W przeciwieństwie do dźwięku, światło rozchodzi się niezależnie od medium, jego prędkość zawsze będzie taka sama. Jego wzór opiera się tylko na względnej prędkości między źródłem a obserwatorem.

Zainteresowany? Zobacz też:

• Fale dźwiękowe
• Fale w fizyce