Efek Doppler adalah perubahan panjang dan frekuensi gelombang yang direkam oleh penerima, yang menyebabkan sumbernya atau penerima itu sendiri bergerak. Efek ini mendapat nama ini untuk menghormati Christian Doppler yang menemukannya. Hipotesis tersebut kemudian dibuktikan dengan metode eksperimental oleh ilmuwan Belanda Christian Ballot, yang memasang alat musik tiup di gerbong kereta terbuka dan mengumpulkan sekelompok musisi paling berbakat di peron. Ketika sebuah kereta dengan orkestra lewat di dekat peron, para pemusik memainkan sebuah notasi, dan para pendengar menuliskan di atas kertas apa yang mereka dengar. Seperti yang diharapkan, persepsi nada secara langsung bergantung pada , seperti yang dinyatakan dalam hukum Doppler.
Aksi efek Doppler
Fenomena ini dapat dijelaskan dengan cukup sederhana. Nada bunyi suatu bunyi dipengaruhi oleh frekuensi gelombang bunyi yang sampai ke telinga. Ketika sumber suara bergerak ke arah seseorang, setiap gelombang berikutnya datang semakin cepat. Telinga merasakan gelombang lebih sering, sehingga suara tampak bernada lebih tinggi. Namun saat sumber bunyi menjauh, gelombang berikutnya dipancarkan sedikit lebih jauh dan mencapai telinga lebih lambat dibandingkan gelombang sebelumnya, itulah sebabnya bunyinya terasa lebih pelan.
Fenomena ini tidak hanya terjadi pada saat sumber bunyi bergerak, tetapi juga pada saat seseorang bergerak. “Berlari” menuju gelombang, seseorang lebih sering melintasi puncaknya, menganggap suara lebih tinggi, dan menjauh dari gelombang - sebaliknya. Dengan demikian, efek Doppler tidak bergantung pada pergerakan sumber suara atau penerimanya secara terpisah. Persepsi suara yang sesuai terjadi ketika mereka bergerak relatif satu sama lain, dan efek ini tidak hanya merupakan karakteristik gelombang suara, tetapi juga cahaya dan radiasi radioaktif.
Penerapan efek Doppler
Efek Doppler tidak pernah berhenti bermain secara ekstrim peran penting dalam berbagai bidang ilmu pengetahuan dan aktivitas manusia. Dengan bantuannya, para astronom dapat mengetahui bahwa alam semesta terus mengembang, dan bintang-bintang “berlari” satu sama lain. Selain itu, efek Doppler memungkinkan Anda menentukan parameter gerakan pesawat ruang angkasa dan planet. Ini juga menjadi dasar pengoperasian radar yang digunakan petugas polisi lalu lintas untuk mobil. Efek yang sama juga digunakan spesialis medis, yang menggunakan perangkat ultrasonografi untuk membedakan vena dari arteri selama penyuntikan.
Anda mungkin memperhatikan bahwa nada sirene truk pemadam kebakaran yang bergerak dengan kecepatan tinggi menurun tajam setelah kendaraan melewati Anda. Anda mungkin juga memperhatikan perubahan nada sinyal mobil yang melewati Anda dengan kecepatan tinggi.
Nada mesin mobil balap juga berubah ketika melewati pengamat. Jika suatu sumber bunyi mendekati pengamat, tinggi nada bunyinya meningkat dibandingkan saat sumber bunyi diam. Jika sumber bunyi menjauh dari pengamat, maka tinggi nada bunyi akan berkurang. Fenomena ini disebut efek Doppler dan terjadi pada semua jenis gelombang. Sekarang mari kita perhatikan penyebab kemunculannya dan menghitung perubahan frekuensi gelombang suara akibat efek ini.
Beras. 1
Mari kita perhatikan, untuk tujuan konkret, sebuah truk pemadam kebakaran yang sirenenya, ketika kendaraan dalam keadaan diam, mengeluarkan suara dengan frekuensi tertentu ke segala arah, seperti ditunjukkan pada Gambar. 1. Sekarang biarkan mobil pemadam kebakaran mulai bergerak dan sirene terus mengeluarkan gelombang suara dengan frekuensi yang sama. Namun pada saat mengemudi, gelombang suara yang dipancarkan sirene ke depan akan lebih rapat dibandingkan jika mobil tidak bergerak, seperti terlihat pada Gambar. 2. 
beras. 2
Hal ini terjadi karena pada saat bergerak, mobil pemadam kebakaran “mengejar” gelombang yang dipancarkan sebelumnya. Dengan demikian, pengamat di sepanjang jalan akan memperhatikannya jumlah yang lebih besar puncak gelombang yang melewatinya per satuan waktu, dan oleh karena itu, frekuensi bunyinya akan lebih tinggi. Sebaliknya, gelombang yang merambat di belakang mobil akan semakin menjauh satu sama lain, karena mobil seolah-olah “melepaskan diri” dari gelombang tersebut. Akibatnya, per satuan waktu, lebih sedikit puncak gelombang yang akan dilewati oleh pengamat di belakang mobil, dan nada suara akan lebih rendah.
Untuk menghitung perubahan frekuensi, kita menggunakan Gambar. 3 dan 4. Kita asumsikan bahwa dalam kerangka acuan kita, udara (atau medium lain) dalam keadaan diam. Pada Gambar. 3 Sumber bunyi (misalnya sirene) dalam keadaan diam. 
Dua puncak gelombang yang berurutan ditampilkan, salah satunya hanya dipancarkan oleh sumber suara. Jarak antara puncak-puncak ini sama dengan panjang gelombang λ
. Jika frekuensi getaran sumber bunyi tersebut adalah F, maka selang waktu antara pancaran puncak gelombang adalah sama dengan T = 1/f.
Pada Gambar. 4 sumber suara bergerak dengan kecepatan v sumber. Selama T(baru saja ditentukan) puncak gelombang pertama akan menempuh jarak d = vT, Di mana ay− kecepatan gelombang suara di udara (yang tentu saja akan tetap sama terlepas dari apakah sumbernya bergerak atau tidak). Dalam waktu yang sama, sumber bunyi akan berpindah jarak d sumber = v sumber T. Maka jarak antara puncak gelombang yang berurutan sama dengan panjang gelombang baru λ /
, akan ditulis dalam formulir
λ / = d − d sumber = (v − v sumber)T = (v − v sumber)/f,
karena T= 1/f.
Frekuensi F/ gelombang diberikan oleh
f / = v/λ / = vf/(v − v sumber),
atau 
Sumber bunyi mendekati pengamat dalam keadaan diam.
Karena penyebut pecahannya kurang dari satu, maka kita punya f/>f. Misalnya, jika suatu sumber menghasilkan suara pada suatu frekuensi 400Hz, ketika diam, kemudian ketika sumber mulai bergerak menuju pengamat yang diam, dengan kecepatan 30 m/s, yang terakhir akan mendengar suara pada frekuensi (pada suhu 0 °C) 440Hz.
Panjang gelombang baru untuk sumber yang menjauh dari pengamat dengan kecepatan v sumber, akan sama
λ / = d + d sumber
Dalam hal ini, frekuensinya F/ diberikan oleh ekspresi 
Sumber bunyi menjauhi pengamat yang diam.
Efek Doppler juga terjadi ketika sumber bunyi diam (relatif terhadap medium tempat gelombang bunyi merambat) dan pengamat bergerak. Jika seorang pengamat mendekati suatu sumber bunyi, ia mendengar bunyi yang nadanya lebih tinggi daripada bunyi yang dipancarkan sumber tersebut. Jika pengamat menjauh dari sumbernya, maka bunyinya tampak lebih rendah baginya. Secara kuantitatif, perubahan frekuensi di sini sedikit berbeda dengan kasus ketika sumber bergerak dan pengamat diam. Dalam hal ini, jarak antara puncak gelombang (panjang gelombang λ
) tidak berubah, tetapi kecepatan pergerakan punggung bukit relatif terhadap pengamat berubah. Jika pengamat mendekati sumber bunyi, maka cepat rambat gelombang relatif terhadap pengamat adalah sama v / = v + v obs, Di mana ay adalah kecepatan rambat bunyi di udara (kita asumsikan udara diam), dan v obs.− kecepatan pengamat. Oleh karena itu, frekuensi baru akan sama dengan
f / = v / /λ = (v + v obs)/λ,
atau, karena λ = v/f,
Seorang pengamat mendekati sumber bunyi yang diam.
Jika pengamat menjauh dari sumber bunyi, kecepatan relatifnya akan sama dengan v / = v − v obs, dan kita mempunyai 
Pengamat menjauhi sumber bunyi yang diam.
Jika gelombang bunyi dipantulkan dari suatu benda yang bergerak, maka frekuensi gelombang pantulan akibat efek Doppler akan berbeda dengan frekuensi gelombang datang.
Mari kita lihat ini contoh berikut.
Contoh. Gelombang suara dengan frekuensi 5000Hz dipancarkan ke arah benda yang mendekati sumber bunyi dengan kecepatan tertentu 3,30 m/s. Berapa frekuensi gelombang yang dipantulkan?
Larutan.
Dalam hal ini, efek Doppler terjadi dua kali.
Pertama, benda yang menjadi sasaran gelombang suara berperilaku seperti pengamat bergerak dan “mencatat” gelombang suara pada frekuensi
Kedua, benda kemudian berperan sebagai sumber bunyi sekunder (dipantulkan) yang bergerak sehingga frekuensi gelombang bunyi yang dipantulkan menjadi 
Jadi, pergeseran frekuensi Doppler adalah sama dengan 100Hz.
Jika gelombang suara datang dan gelombang suara yang dipantulkan saling bertumpukan, maka akan terjadi superposisi, dan hal ini akan menimbulkan ketukan. Frekuensi denyut sama dengan selisih antara frekuensi kedua gelombang, dan dalam contoh yang dibahas di atas, frekuensinya sama dengan 100Hz. Manifestasi efek Doppler ini banyak digunakan pada berbagai peralatan kesehatan, yang biasanya menggunakan gelombang ultrasonik pada rentang frekuensi megahertz. Misalnya, gelombang ultrasonik yang dipantulkan dari sel darah merah dapat digunakan untuk mengetahui kecepatan aliran darah. Demikian pula, metode ini dapat digunakan untuk mendeteksi gerakan dada embrio, serta untuk pemantauan detak jantung jarak jauh.
Perlu dicatat bahwa efek Doppler juga menjadi dasar metode deteksi radar untuk kendaraan yang melebihi kecepatan yang ditentukan, namun dalam hal ini gelombang elektromagnetik (radio) yang digunakan daripada gelombang suara.
Keakuratan hubungan (1 − 2) dan (3 − 4) berkurang jika v sumber atau v obs. mendekati kecepatan suara. Hal ini disebabkan perpindahan partikel-partikel medium tidak lagi sebanding dengan gaya pemulih, yaitu. akan timbul penyimpangan terhadap hukum Hooke, sehingga sebagian besar penalaran teoretis kita akan kehilangan kekuatan.
Selesaikan masalah berikut.
Masalah 1. Keluaran rumus umum untuk mengubah frekuensi suara F/ karena efek Doppler ketika sumber dan pengamat bergerak.
Masalah 2. DI DALAM kondisi normal kecepatan aliran darah di aorta kira-kira sama dengan 0,28 m/s. Gelombang ultrasonik dengan frekuensi diarahkan sepanjang aliran 4,20MHz. Gelombang ini dipantulkan dari sel darah merah. Berapa frekuensi denyut yang diamati? Anggaplah kecepatan gelombang ini sama dengan 1,5 × 10 3 m/s, yaitu mendekati kecepatan suara di dalam air.
Masalah 3. Efek Doppler untuk gelombang ultrasonik pada frekuensi 1,8MHz digunakan untuk memonitor detak jantung janin. Frekuensi detak yang diamati (maksimum) adalah 600Hz. Dengan asumsi kecepatan rambat bunyi di jaringan sama dengan 1,5 × 10 3 m/s, hitung kecepatan permukaan maksimum jantung yang berdetak.
Masalah 4. Bunyi klakson pabrik mempunyai frekuensi 650Hz. Jika angin utara bertiup dengan kecepatan tinggi 12,0 m/s, maka frekuensi bunyi berapakah yang akan terdengar oleh seorang pengamat yang diam yang terletak a) di utara, b) di selatan, c) di timur dan d) di sebelah barat bel? Berapa frekuensi suara yang didengar pengendara sepeda ketika mendekat dengan kecepatan tinggi? 15 m/s ke peluit e) dari utara atau f) dari barat? Suhu udara adalah 20 °C.
Masalah 5. Peluit berosilasi pada frekuensi 500Hz, bergerak dalam lingkaran dengan jari-jari 1m, sedang mengerjakan 3 putaran per detik. Tentukan frekuensi tertinggi dan terendah yang dirasakan oleh pengamat diam di kejauhan 5 m dari pusat lingkaran. Cepat rambat bunyi di udara dianggap sama dengan 340 m/s.
– fenomena terpenting dalam fisika gelombang. Sebelum langsung ke inti permasalahan, sedikit teori pengantar.
Keraguan– sampai tingkat tertentu, proses berulang yang mengubah keadaan suatu sistem di sekitar posisi setimbang. Melambai- ini adalah osilasi yang dapat menjauh dari tempat asalnya, merambat dalam medium. Gelombangnya bercirikan amplitudo, panjang Dan frekuensi. Bunyi yang kita dengar merupakan gelombang, yaitu getaran mekanis partikel udara yang merambat dari sumber bunyi.
Berbekal informasi tentang gelombang, mari beralih ke efek Doppler. Dan jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang getaran, gelombang dan resonansi, selamat datang di blog kami.
Inti dari efek Doppler
Contoh paling populer dan sederhana yang menjelaskan esensi efek Doppler adalah pengamat diam dan mobil dengan sirene. Katakanlah Anda sedang berdiri di halte bus. Ambulans dengan sirene menyala sedang menuju ke arah Anda. Frekuensi suara yang terdengar saat mobil mendekat tidaklah sama.
Suara tersebut awalnya akan berfrekuensi lebih tinggi saat mobil berhenti. Anda akan mendengar frekuensi sebenarnya dari suara sirene, dan frekuensi suara tersebut akan berkurang seiring Anda menjauh. Begitulah adanya efek Doppler.
Frekuensi dan panjang gelombang radiasi yang dirasakan oleh pengamat berubah karena pergerakan sumber radiasi.
Jika Cap ditanya siapa yang menemukan efek Doppler, dia akan menjawab tanpa ragu bahwa Doppler yang melakukannya. Dan dia akan benar. Fenomena ini, secara teoritis dibuktikan dalam 1842 tahun oleh fisikawan Austria Kristen Doppler, kemudian dinamai menurut namanya. Doppler sendiri memperoleh teorinya dengan mengamati riak-riak di air dan menyatakan bahwa pengamatan tersebut dapat digeneralisasikan ke semua gelombang. Efek Doppler untuk suara dan cahaya kemudian dapat dikonfirmasi secara eksperimental.
Di atas kita melihat contoh efek Doppler untuk gelombang suara. Namun efek Doppler tidak hanya berlaku pada suara. Ada:
- Efek Doppler Akustik;
- Efek Doppler optik;
- Efek Doppler untuk gelombang elektromagnetik;
- Efek Doppler relativistik.
Eksperimen dengan gelombang suaralah yang membantu memberikan konfirmasi eksperimental pertama mengenai efek ini.
Konfirmasi eksperimental efek Doppler
Konfirmasi kebenaran alasan Christian Doppler dikaitkan dengan salah satu eksperimen fisik yang menarik dan tidak biasa. DI DALAM 1845 ahli meteorologi dari Belanda Pemungutan Suara Kristen mengambil lokomotif yang kuat dan orkestra yang terdiri dari musisi dengan nada yang sempurna. Beberapa musisi - ini adalah pemain terompet - naik di area terbuka kereta dan terus-menerus memainkan nada yang sama. Katakanlah itu A pada oktaf kedua.
Musisi lain berada di stasiun mendengarkan apa yang dimainkan rekan mereka. Audiensi mutlak dari semua peserta eksperimen mengurangi kemungkinan kesalahan seminimal mungkin. Percobaan berlangsung selama dua hari, semua orang lelah, banyak batu bara yang terbakar, namun hasilnya sepadan. Ternyata tinggi nada bunyi sangat bergantung pada kecepatan relatif sumber atau pengamat (pendengar).
Penerapan efek Doppler
Salah satu aplikasi yang paling banyak dikenal adalah penentuan kecepatan benda bergerak dengan menggunakan sensor kecepatan. Sinyal radio yang dikirim oleh radar dipantulkan dari mobil dan dikembalikan. Dalam hal ini, offset frekuensi saat sinyal kembali berhubungan langsung dengan kecepatan mesin. Dengan membandingkan kecepatan dan perubahan frekuensi, kecepatan dapat dihitung.
Efek Doppler banyak digunakan dalam pengobatan. Pengoperasian perangkat didasarkan pada itu diagnostik ultrasonografi. Ada teknik tersendiri dalam USG yang disebut Dopplerografi.
Efek Doppler juga digunakan dalam optik, akustik, elektronik radio, astronomi, radar.
Omong-omong! Untuk pembaca kami sekarang ada diskon 10%.
Penemuan efek Doppler memegang peranan penting dalam perkembangan fisika modern. Salah satu konfirmasinya teori Big Bang didasarkan pada efek ini. Apa hubungan efek Doppler dan Big Bang? Menurut teori Big Bang, alam semesta mengembang.
Saat mengamati galaksi jauh, terjadi pergeseran merah - pergeseran garis spektrum ke sisi merah spektrum. Menjelaskan pergeseran merah menggunakan efek Doppler, kita dapat menarik kesimpulan yang sesuai dengan teori: galaksi menjauh satu sama lain, Alam Semesta mengembang.
Rumus efek Doppler
Ketika teori efek Doppler dikritik, salah satu argumen penentang ilmuwan tersebut adalah fakta bahwa teori tersebut hanya dimuat dalam delapan halaman, dan turunan rumus efek Doppler tidak mengandung perhitungan matematis yang rumit. Menurut kami, ini hanya nilai tambah!
Membiarkan kamu – kecepatan penerima relatif terhadap medium, ay – kecepatan sumber gelombang relatif terhadap medium, Dengan - kecepatan rambat gelombang dalam medium, w0 - frekuensi gelombang sumber. Lalu rumus efek Doppler itu sendiri kasus umum akan terlihat seperti ini:
Di Sini w – frekuensi yang akan direkam oleh penerima.
Efek Doppler relativistik
Berbeda dengan efek Doppler klasik, ketika gelombang elektromagnetik merambat dalam ruang hampa, SRT harus digunakan untuk menghitung efek Doppler dan pelebaran waktu relativistik harus diperhitungkan. Biarkan cahaya - Dengan , ay – kecepatan sumber relatif terhadap penerima, theta – sudut antara arah ke sumber dan vektor kecepatan yang dikaitkan dengan kerangka acuan penerima. Maka rumus efek Doppler relativistik akan terlihat seperti:
Hari ini kita berbicara tentang efek paling penting dari dunia kita - efek Doppler. Apakah Anda ingin mempelajari cara mengatasi masalah efek Doppler dengan cepat dan mudah? Tanyakan kepada mereka dan mereka akan dengan senang hati membagikan pengalamannya! Dan pada akhirnya - sedikit lebih banyak tentang teori Big Bang dan efek Doppler.
Dalam akustik, perubahan frekuensi akibat efek Doppler ditentukan oleh kecepatan pergerakan sumber dan penerima relatif terhadap medium pembawa gelombang suara (lihat rumus (103.2)). Efek Doppler juga terjadi pada gelombang cahaya. Namun, belum ada media khusus yang berfungsi sebagai pembawa gelombang elektromagnetik. Oleh karena itu, pergeseran frekuensi gelombang cahaya Doppler hanya ditentukan oleh kecepatan relatif sumber dan penerima.
Mari kita kaitkan asal koordinat sistem K dengan sumber cahaya, dan asal koordinat sistem K dengan penerima (Gbr. 151.1). Mari kita arahkan sumbu, seperti biasa, sepanjang vektor kecepatan v yang dengannya sistem K (yaitu penerima) bergerak relatif terhadap sistem K (yaitu sumber). Persamaan gelombang cahaya bidang yang dipancarkan suatu sumber menuju penerima akan berbentuk sistem K
Di sini dan adalah frekuensi gelombang yang ditetapkan dalam kerangka acuan yang terkait dengan sumber, yaitu frekuensi osilasi sumber. Kita berasumsi bahwa gelombang cahaya merambat dalam ruang hampa; oleh karena itu kecepatan fasa sama dengan c.
Menurut prinsip relativitas, hukum alam mempunyai bentuk yang sama di semua kerangka acuan inersia. Akibatnya, dalam sistem K, gelombang (151.1) dijelaskan oleh persamaan
dimana adalah frekuensi yang tercatat dalam sistem referensi K, yaitu frekuensi yang dirasakan oleh penerima. Kami telah menyiapkan semua besaran kecuali c, yang sama di semua sistem referensi.
Persamaan gelombang pada sistem K dapat diperoleh dari persamaan sistem K melalui transformasi Lorentz.
Mengganti in dan t menurut rumus (63.16) volume pertama, kita peroleh
(peran dimainkan oleh v). Ekspresi terakhir dapat dengan mudah direduksi menjadi bentuk
Persamaan (151.3) menggambarkan gelombang yang sama dalam sistem K seperti persamaan (151.2). Oleh karena itu hubungannya harus dipenuhi
Mari kita ubah notasinya: kita menyatakan frekuensi sumber c dengan dan frekuensi penerima dengan . Hasilnya, rumusnya akan berbentuk
Beralih dari frekuensi melingkar ke frekuensi biasa, kita peroleh
(151.5)
Kecepatan penerima relatif terhadap sumber, yang muncul dalam rumus (151.4) dan (151.5), merupakan besaran aljabar. Saat penerima menjauh dan saat penerima mendekati sumber, begitu pula
Jika rumus (151.4) kira-kira dapat ditulis sebagai berikut:
Dari sini, membatasi diri kita pada ketentuan pesanan, kita dapatkan
(151.6)
Dari rumus ini Anda dapat mencari perubahan frekuensi relatif:
(151.7)
(yang dimaksud dengan ).
Dapat ditunjukkan bahwa, selain efek longitudinal yang telah kita bahas, terdapat juga efek Doppler transversal untuk gelombang cahaya. Ini terdiri dari penurunan frekuensi yang dirasakan oleh penerima, diamati ketika vektor kecepatan relatif diarahkan tegak lurus terhadap garis yang melewati penerima dan sumber (ketika, misalnya, sumber bergerak dalam lingkaran di tengah di mana penerima ditempatkan).
Dalam hal ini, frekuensi dalam sistem sumber berhubungan dengan frekuensi dalam sistem penerima melalui hubungan
Perubahan frekuensi relatif karena efek Doppler transversal
sebanding dengan kuadrat rasio dan oleh karena itu secara signifikan lebih kecil dibandingkan dengan efek longitudinal, yang mana perubahan relatif dalam frekuensi sebanding dengan pangkat pertama
Keberadaan efek Doppler transversal dibuktikan secara eksperimental oleh Ives pada tahun 1938. Dalam eksperimen Ives, perubahan frekuensi radiasi atom hidrogen dalam berkas saluran ditentukan (lihat paragraf terakhir § 85). Kecepatan atom kira-kira 106 m/s. Eksperimen ini merupakan konfirmasi eksperimental langsung atas validitas transformasi Lorentz.
Secara umum vektor kecepatan relatif dapat diuraikan menjadi dua komponen, salah satunya diarahkan sepanjang sinar, dan yang lainnya tegak lurus terhadap sinar. Komponen pertama akan menentukan efek Doppler longitudinal, komponen kedua akan menentukan efek Doppler transversal.
Efek Doppler longitudinal digunakan untuk menentukan kecepatan radial bintang. Dengan mengukur pergeseran relatif garis pada spektrum bintang, kita dapat menggunakan rumus (151.4) untuk menentukannya
Pergerakan termal molekul gas bercahaya, karena efek Doppler, menyebabkan perluasan garis spektrum. Karena sifat gerakan termal yang kacau, semua arah kecepatan molekul relatif terhadap spektograf memiliki kemungkinan yang sama. Oleh karena itu, radiasi yang direkam oleh alat tersebut memuat semua frekuensi yang terdapat dalam interval dari sampai di mana adalah frekuensi yang dipancarkan molekul, v adalah kecepatan gerak termal (lihat rumus (151.6)). Dengan demikian, lebar garis spektral yang terekam akan menjadi Nilai
(151.10)
disebut lebar Doppler dari garis spektrum (v berarti kecepatan molekul yang paling mungkin). Berdasarkan besarnya pelebaran garis spektrum Doppler, seseorang dapat menilai kecepatan gerak termal molekul, dan akibatnya, suhu gas bercahaya.
Frekuensi gelombang yang dirasakan bergantung pada kecepatan relatif sumbernya.
Anda mungkin setidaknya sekali dalam hidup Anda memiliki kesempatan untuk berdiri di tepi jalan yang dilalui mobil dengan sinyal khusus dan sirene. Ketika deru sirene mendekat, nadanya menjadi lebih tinggi, kemudian, ketika mobil mencapai Anda, ia menjadi lebih rendah, dan akhirnya, ketika mobil mulai menjauh, ia menjadi lebih rendah lagi, dan Anda menjadi familiar:yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyymmmmmmmmmm—itu kira-kira skala. Mungkin tanpa disadari, Anda sedang mengamati sifat gelombang yang paling mendasar (dan paling berguna).
Ombak pada umumnya merupakan hal yang aneh. Bayangkan sebuah botol kosong tergantung di dekat pantai. Ia berjalan mondar-mandir, tidak mendekati pantai, sementara air seolah mengalir deras ke pantai dalam bentuk gelombang. Tapi tidak - air (dan botol di dalamnya) tetap di tempatnya, hanya berosilasi pada bidang yang tegak lurus dengan permukaan reservoir. Dengan kata lain, gerak medium tempat rambat gelombang tidak berhubungan dengan gerak gelombang itu sendiri. Setidaknya, para penggemar sepak bola telah mempelajari hal ini dengan baik dan belajar menggunakannya dalam praktik: ketika mengirimkan “gelombang” di sekitar stadion, mereka sendiri tidak berlari kemana-mana, mereka hanya bangun dan duduk secara bergantian, dan “gelombang” tersebut. (di Inggris fenomena ini biasa disebut “gelombang Meksiko”") berjalan di sekitar tribun penonton.
Merupakan kebiasaan untuk menggambarkan gelombang frekuensi(jumlah puncak gelombang per detik pada titik pengamatan) atau panjang(jarak antara dua punggung bukit atau lembah yang berdekatan). Kedua sifat ini saling berhubungan melalui kecepatan rambat gelombang dalam suatu medium, oleh karena itu, dengan mengetahui kecepatan rambat gelombang dan salah satu sifat utama gelombang, Anda dapat dengan mudah menghitung yang lain.
Setelah gelombang dimulai, kecepatan rambatnya hanya ditentukan oleh sifat-sifat medium di mana ia merambat - sumber gelombang tidak lagi berperan. Di permukaan air, misalnya, gelombang, setelah tereksitasi, kemudian merambat hanya karena interaksi gaya tekanan, tegangan permukaan, dan gravitasi. Gelombang akustik merambat di udara (dan media penghantar suara lainnya) karena transmisi perbedaan tekanan yang terarah. Dan tidak ada mekanisme perambatan gelombang yang bergantung pada sumber gelombang. Oleh karena itu efek Doppler.
Mari kita pikirkan kembali contoh sirene yang meraung-raung. Mari kita asumsikan terlebih dahulu bahwa kendaraan khusus tersebut tidak bergerak. Suara sirene mencapai kita karena membran elastis di dalamnya bekerja secara berkala di udara, menciptakan kompresi di dalamnya - area tekanan darah tinggi, - bergantian dengan penghalusan. Puncak kompresi—”puncak” gelombang akustik—menyebar melalui medium (udara) hingga mencapai telinga kita dan mempengaruhi gendang telinga, dari mana sinyal akan dikirim ke otak kita (begitulah cara kerja pendengaran). Secara tradisional kita menyebut frekuensi getaran suara yang kita rasakan sebagai nada atau nada: misalnya, frekuensi getaran 440 hertz per detik sesuai dengan nada “A” pada oktaf pertama. Jadi, ketika kendaraan khusus tersebut tidak bergerak, kita akan terus mendengar nada sinyalnya yang tidak berubah.
Namun begitu kendaraan khusus mulai bergerak ke arah Anda, efek baru akan ditambahkan. Selama waktu dari pancaran puncak gelombang satu ke puncak gelombang berikutnya, mobil akan menempuh jarak tertentu ke arah Anda. Oleh karena itu, sumber setiap puncak gelombang berikutnya akan semakin dekat. Akibatnya, gelombang akan mencapai telinga Anda lebih sering dibandingkan saat mobil dalam keadaan diam, dan nada suara yang Anda rasakan akan meningkat. Dan sebaliknya, jika kendaraan khusus bergerak ke arah yang berlawanan, puncak gelombang akustik akan lebih jarang mencapai telinga Anda, dan frekuensi suara yang dirasakan akan berkurang. Inilah penjelasan mengapa ketika ada mobil dengan sinyal khusus yang melewati Anda, nada sirinenya mengecil.
Kami memeriksa efek Doppler sehubungan dengan gelombang suara, tapi ini berlaku sama untuk yang lainnya. Jika sumber cahaya tampak mendekati kita, panjang gelombang yang kita lihat diperpendek, dan kita mengamati apa yang disebut pergeseran ungu(dari semua warna yang terlihat Gamut spektrum cahaya sesuai dengan ungu dengan panjang gelombang terpendek). Jika sumbernya menjauh, terjadi pergeseran nyata ke arah bagian merah spektrum (pemanjangan gelombang).
Efek ini dinamai Christian Johann Doppler, yang pertama kali meramalkannya secara teoritis. Efek Doppler telah menarik minat saya sepanjang hidup saya karena pertama kali diuji secara eksperimental. Ilmuwan Belanda Christian Buys Ballot (1817-1870) memasang alat musik tiup di gerbong kereta api terbuka, dan di peron tersebut berkumpul sekelompok musisi dengan nada mutlak. (Nada yang sempurna adalah kemampuan, setelah mendengarkan sebuah nada, untuk menyebutkan namanya secara akurat.) Setiap kali kereta api dengan gerbong musik melewati peron, band tiup memainkan nada, dan pengamat (pendengar) menuliskan partitur musik yang didengarnya. Seperti yang diharapkan, tinggi nada suara berbanding lurus dengan kecepatan kereta, yang sebenarnya diprediksi oleh hukum Doppler.
Efek Doppler ditemukan aplikasi yang luas baik dalam ilmu pengetahuan maupun dalam kehidupan sehari-hari. Di seluruh dunia, ini digunakan dalam radar polisi untuk menangkap dan mendenda pelanggar peraturan. lalu lintas melebihi kecepatan. Senapan radar memancarkan sinyal gelombang radio (biasanya dalam rentang VHF atau gelombang mikro) yang dipantulkan dari badan logam mobil Anda. Sinyal tiba kembali di radar dengan pergeseran frekuensi Doppler, yang nilainya bergantung pada kecepatan kendaraan. Dengan membandingkan frekuensi sinyal keluar dan masuk, perangkat secara otomatis menghitung kecepatan mobil Anda dan menampilkannya di layar.
Efek Doppler menemukan penerapan yang lebih esoteris dalam astrofisika: khususnya, Edwin Hubble, yang pertama kali mengukur jarak ke galaksi terdekat dengan teleskop baru, secara bersamaan menemukan pergeseran Doppler merah dalam spektrum radiasi atomnya, yang darinya ia disimpulkan bahwa galaksi-galaksi bergerak menjauhi kita ( cm. Hukum Hubble). Faktanya, kesimpulan ini sangat jelas seolah-olah Anda, setelah memejamkan mata, tiba-tiba mendengar bahwa nada mesin mobil dari model yang Anda kenal lebih rendah dari yang seharusnya, dan menyimpulkan bahwa mobil itu menjauh darinya. Anda. Ketika Hubble juga menemukan bahwa semakin jauh suatu galaksi, semakin kuat pergeseran merahnya (dan semakin cepat ia terbang menjauh dari kita), ia menyadari bahwa Alam Semesta sedang mengembang. Ini adalah langkah pertama menuju teori Big Bang - dan ini adalah hal yang jauh lebih serius daripada kereta api dengan alat musik tiup.
Christian Johann Doppler, 1803-53
Fisikawan Austria. Lahir di Salzburg dalam keluarga seorang tukang batu. Dia lulus dari Institut Politeknik di Wina dan tetap di sana dalam posisi pengajar junior sampai tahun 1835, ketika dia menerima tawaran untuk mengepalai departemen matematika di Universitas Praha, yang pada saat terakhir memaksanya untuk membatalkan keputusan jangka panjangnya untuk beremigrasi ke Amerika, putus asa untuk mendapatkan pengakuan di kalangan akademis di dalam negeri. Ia mengakhiri karirnya sebagai profesor di Royal Imperial University of Vienna.
