Dopplerjev učinek za zvočne valove

Dane Wirtzfeld, Getty Images

Dopplerjev učinek je sredstvo, s katerim valovne lastnosti (natančneje frekvence) vpliva gibanje vira ali poslušalca. Slika na desni prikazuje, kako bi premikajoči se vir popačil valove, ki prihajajo iz njega, zaradi Dopplerjevega učinka (znanega tudi kot Dopplerjev premik ).

Če ste kdaj čakali na železniškem prehodu in poslušali žvižg vlaka, ste verjetno opazili, da se višina piščalke spreminja, ko se premika glede na vaš položaj. Podobno se spreminja višina sirene, ko se približuje in nato mimo vas na cesti.

Izračun Dopplerjevega učinka

Razmislite o situaciji, kjer je gibanje usmerjeno v linijo med poslušalcem L in virom S, pri čemer je smer od poslušalca do vira pozitivna smer. Hitrosti v_L in v_S sta hitrosti poslušalca in vira glede na valovni medij (v tem primeru zrak, ki velja za mirujočega). Hitrost zvočnega valovanja, v , vedno velja za pozitivno.

Če uporabimo te gibe in preskočimo vse neurejene izpeljave, dobimo frekvenco, ki jo sliši poslušalec ( f_L ) glede na frekvenco vira ( f_S ):

f_L = [( v + v_L )/( v + v_S )] f_S

Če poslušalec miruje, torej v_L = 0.
Če vir miruje, potem v_S = 0.
To pomeni, da če se niti vir niti poslušalec ne premikata, potem f_L = f_S , kar bi človek pričakoval.

Če se poslušalec premika proti viru, potem v_L > 0, čeprav se takrat odmika od vira v_L <0.

Če se vir premika proti poslušalcu, je gibanje v negativni smeri, torej v_S <0, but if the source is moving away from the listener then v_S > 0.

Dopplerjev učinek in drugi valovi

Dopplerjev učinek je v bistvu lastnost obnašanja fizičnih valov, zato ni razloga za domnevo, da velja le za zvočne valove. Dejansko se zdi, da katera koli vrsta valovanja kaže Dopplerjev učinek.

Isti koncept je mogoče uporabiti ne samo za svetlobne valove. To premakne svetlobo vzdolž elektromagnetnega spektra svetlobe (oboje vidna svetloba in naprej), ustvarjanje a Dopplerjev premik v svetlobnih valovih To se imenuje rdeči ali modri premik, odvisno od tega, ali se vir in opazovalec odmikata drug od drugega ali drug proti drugemu. Leta 1927 je astronom Edwin Hubble opazoval, kako se svetloba iz oddaljenih galaksij premakne na način, ki se ujema z napovedmi Dopplerjevega premika, in to lahko uporabil za napovedovanje hitrosti, s katero se oddaljujejo od Zemlje. Izkazalo se je, da so se oddaljene galaksije na splošno hitreje oddaljevale od Zemlje kot bližnje galaksije. To odkritje je pomagalo prepričati astronome in fizike (vključno z ​ Albert Einstein ), da se je vesolje dejansko širilo, namesto da bi ostalo statično za vso večnost, in na koncu so ta opažanja privedla do razvoja teorija velikega poka .