Doppler etkisi, bir alıcı tarafından kaydedilen dalgaların uzunluğunda ve frekansında meydana gelen ve kaynağın veya alıcının kendisinin hareket etmesine neden olan bir değişikliktir. Etki, onu keşfeden Christian Doppler'in onuruna bu adı almıştır. Hollandalı bilim adamı Christian Ballot daha sonra açık bir demiryolu vagonuna bir bando yerleştirerek ve en yetenekli müzisyenlerden oluşan bir grubu platformda toplayarak hipotezi deneysel olarak kanıtlamayı başardı. Platformun yanından orkestralı bir araba geçtiğinde müzisyenler bir nota çaldı ve dinleyiciler duyduklarını kağıda yazdı. Beklendiği gibi, Doppler yasasının belirttiği gibi ses perdesinin algılanması doğrudan bağımlıydı.
Doppler etkisinin eylemi
Bu fenomen oldukça basit bir şekilde açıklanmaktadır. Bir sesin işitilebilir tonu, kulağa ulaşan ses dalgasının frekansından etkilenir. Bir ses kaynağı bir kişiye doğru hareket ettiğinde, sonraki her dalga giderek daha hızlı gelir. Kulak, dalgaları daha sık algılayarak sesin daha tiz görünmesini sağlar. Ancak ses kaynağı uzaklaştıkça sonraki dalgalar biraz daha uzağa yayılır ve kulağa öncekilerden daha geç ulaşır, bu nedenle ses daha düşük hissedilir.
Bu olay sadece ses kaynağının hareketi sırasında değil aynı zamanda kişinin hareketi sırasında da meydana gelir. Bir dalgaya "koşan" kişi, dalganın tepelerini daha sık geçer, sesi daha yüksek algılar ve dalgadan uzaklaşır - bunun tersi de geçerlidir. Dolayısıyla Doppler etkisi, ses kaynağının veya alıcısının ayrı ayrı hareketine bağlı değildir. Karşılık gelen ses algısı, birbirlerine göre hareket ettiklerinde meydana gelir ve bu etki yalnızca ses dalgalarının değil aynı zamanda ışık ve radyoaktif radyasyonun da karakteristiğidir.
Doppler efektinin uygulanması
Doppler efekti hiçbir zaman aşırı derecede oynamayı bırakmaz önemli rol Bilimin ve insan faaliyetinin çeşitli alanlarında. Onun yardımıyla gökbilimciler evrenin sürekli genişlediğini ve yıldızların birbirlerinden "kaçtığını" öğrenebildiler. Ayrıca Doppler efekti hareket parametrelerini belirlemenize olanak tanır uzay aracı ve gezegenler. Aynı zamanda trafik polislerinin otomobiller için kullandığı radarların çalışmasının da temelini oluşturuyor. Aynı etki kullanılıyor tıp uzmanları Enjeksiyon sırasında damarları arterlerden ayırmak için bir ultrason cihazı kullanırlar.
Yüksek hızda hareket eden bir itfaiye aracının siren sesinin, araç yanınızdan geçtikten sonra keskin bir şekilde düştüğünü fark etmişsinizdir. Yanınızdan yüksek hızla geçen bir arabanın sinyal ses seviyesinde de bir değişiklik olduğunu fark etmiş olabilirsiniz.
Bir yarış arabasının motorunun perdesi, bir gözlemcinin yanından geçerken de değişir. Bir ses kaynağı gözlemciye yaklaştığında sesin perdesi, ses kaynağının hareketsiz olduğu duruma göre artar. Sesin kaynağı gözlemciden uzaklaşırsa sesin şiddeti azalır. Bu olaya Doppler etkisi denir ve her türlü dalga için meydana gelir. Şimdi bunun oluşma nedenlerine bakalım ve bu etki nedeniyle ses dalgalarının frekansındaki değişimi hesaplayalım.
Pirinç. 1
Somut amaçlar için, Şekil 2'de gösterildiği gibi, araç sabitken sireni her yöne belirli bir frekansta ses çıkaran bir itfaiye aracını ele alalım. 1. İtfaiye aracının hareket etmesine izin verin ve siren aynı frekansta ses dalgaları yaymaya devam etsin. Bununla birlikte, sürüş sırasında, sirenin ileri doğru yaydığı ses dalgaları, Şekil 2'de gösterildiği gibi, arabanın hareket etmediği duruma göre birbirine daha yakın olacaktır. 2. 
pirinç. 2
Bunun nedeni, itfaiye aracının hareketi sırasında daha önce yayılan dalgaları "yakalaması"dır. Böylece yol boyunca bir gözlemci fark edecektir daha büyük sayı birim zamanda yanından geçen dalga tepeleri ve dolayısıyla sesin frekansı daha yüksek olacaktır. Öte yandan, arabanın arkasında yayılan dalgalar, araba onlardan "kopuyor" gibi göründüğü için birbirlerinden daha uzakta olacaktır. Sonuç olarak, birim zamanda arabanın arkasındaki gözlemcinin yanından daha az dalga tepesi geçecek ve sesin perdesi daha düşük olacaktır.
Frekanstaki değişimi hesaplamak için Şekil 1'i kullanırız. 3 ve 4. Referans çerçevemizde havanın (veya diğer ortamın) hareketsiz olduğunu varsayacağız. İncirde. 3 Ses kaynağı (örneğin siren) hareketsiz. 
Birbirini takip eden iki dalga tepesi gösteriliyor ve bunlardan biri ses kaynağı tarafından yayınlanıyor. Bu tepeler arasındaki mesafe dalga boyuna eşittir λ
. Ses kaynağının titreşim frekansı ise F, o zaman dalga tepelerinin emisyonu arasında geçen süre eşittir T = 1/f.
İncirde. 4 ses kaynağı hızla hareket eder v kaynağı. Sırasında T(yeni belirlendi) dalganın ilk tepesi mesafeye gidecek d = vT, Nerede v- Ses dalgasının havadaki hızı (elbette, kaynağın hareket edip etmediğine bakılmaksızın aynı olacaktır). Aynı zamanda ses kaynağı da bir mesafe hareket edecektir. d kaynağı = v kaynağı T. Bu durumda ardışık dalga tepeleri arasındaki mesafe yeni dalga boyuna eşittir. λ /
şeklinde yazılacaktır.
λ / = d − d kaynak = (v − v kaynağı)T = (v − v kaynağı)/f,
Çünkü T= 1/f.
Sıklık F/ dalgalar tarafından verilir
f / = v/λ / = vf/(v – v kaynağı),
veya 
Ses kaynağı dinlenme halindeki gözlemciye yaklaşır.
Kesrin paydası birden küçük olduğundan, f/>f. Örneğin, bir kaynak belirli bir frekansta ses üretiyorsa 400Hz, hareketsiz durumdayken, kaynak sabit duran gözlemciye doğru bir hızla hareket etmeye başladığında 30 m/sn ikincisi belirli bir frekansta (sıcaklıkta) bir ses duyacaktır. 0 °C) 440Hz.
Gözlemciden hızla uzaklaşan bir kaynak için yeni dalga boyu v kaynağı, eşit olacak
λ / = d + d kaynağı
Bu durumda frekans F/ ifadeyle verilir 
Ses kaynağı dinlenme halindeki gözlemciden uzaklaşır.
Doppler etkisi aynı zamanda ses kaynağı hareketsizken (ses dalgalarının yayıldığı ortama göre) ve gözlemci hareket halindeyken de meydana gelir. Bir gözlemci bir ses kaynağına yaklaştığında kaynağın yaydığından daha yüksek perdede bir ses duyar. Gözlemci kaynaktan uzaklaşırsa ses ona daha düşük görünür. Niceliksel olarak, buradaki frekans değişimi, kaynağın hareket ettiği ve gözlemcinin hareketsiz olduğu durumdan çok az farklıdır. Bu durumda dalga tepeleri arasındaki mesafe (dalga boyu) λ
) değişmez ancak sırtların gözlemciye göre hareket hızı değişir. Gözlemci ses kaynağına yaklaşırsa, dalgaların gözlemciye göre hızı şuna eşit olacaktır: v / = v + v gözlem, Nerede v sesin havadaki yayılma hızıdır (havanın hareketsiz olduğunu varsayıyoruz) ve vs.- Gözlemcinin hızı. Bu nedenle, yeni frekans şuna eşit olacaktır:
f / = v / /λ = (v + v obs)/λ,
veya çünkü λ = v/f,
Bir gözlemci sabit bir ses kaynağına yaklaşıyor.
Gözlemcinin ses kaynağından uzaklaşması durumunda bağıl hız şuna eşit olacaktır: v / = v − v gözlemler ve elimizde 
Gözlemci sabit ses kaynağından uzaklaşır.
Bir ses dalgası hareketli bir engelden yansıyorsa, Doppler etkisi nedeniyle yansıyan dalganın frekansı, gelen dalganın frekansından farklı olacaktır.
Hadi şuna bakalım aşağıdaki örnek.
Örnek. Frekanslı ses dalgası 5000Hz ses kaynağına belirli bir hızla yaklaşan bir cisim yönünde yayılır. 3,30 m/sn. Yansıyan dalganın frekansı nedir?
Çözüm.
Bu durumda Doppler etkisi iki kez ortaya çıkar.
Birincisi, ses dalgasının yönlendirildiği vücut, hareket eden bir gözlemci gibi davranır ve ses dalgasını frekansta "kaydeder".
İkinci olarak, vücut ikincil bir ses kaynağı (yansıyan) olarak hareket eder ve bu da yansıyan ses dalgasının frekansının eşit olmasını sağlayacak şekilde hareket eder. 
Böylece Doppler frekans kayması şuna eşittir: 100Hz.
Gelen ses ile yansıyan ses dalgaları üst üste bindirilirse bir üst üste binme meydana gelir ve bu da vuruşlara neden olur. Vuruş frekansı, iki dalganın frekansları arasındaki farka eşittir ve yukarıda tartışılan örnekte şuna eşit olacaktır: 100Hz. Doppler etkisinin bu tezahürü, genellikle megahertz frekans aralığında ultrasonik dalgalar kullanan çeşitli tıbbi cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, kırmızı kan hücrelerinden yansıyan ultrason dalgaları, kan akışının hızını belirlemek için kullanılabilir. Benzer şekilde bu yöntem hareket algılama için de kullanılabilir. göğüs embriyonun yanı sıra kalp atışlarının uzaktan izlenmesi için.
Belirtmek gerekir ki Doppler etkisi, öngörülen hızı aşan araçlar için radar tespit yönteminin de temelini oluşturuyor ancak bu durumda ses dalgaları yerine elektromanyetik (radyo) dalgalar kullanılıyor.
(1 − 2) ve (3 − 4) ilişkilerinin doğruluğu şu durumlarda azalır: v kaynağı veya vs. ses hızına yaklaşıyor. Bunun nedeni, ortam parçacıklarının yer değiştirmesinin artık geri getirme kuvvetiyle orantılı olmamasıdır; Hooke yasasından sapmalar ortaya çıkacak, dolayısıyla teorik akıl yürütmelerimizin çoğu gücünü kaybedecektir.
Aşağıdaki problemleri çözün.
Sorun 1. Çıktı Genel formül ses frekansını değiştirmek için F/ Hem kaynağın hem de gözlemcinin hareket etmesi durumunda Doppler etkisi nedeniyle.
Sorun 2. İÇİNDE normal koşullar Aorttaki kan akış hızı yaklaşık olarak eşittir 0,28 m/sn. Frekanslı ultrasonik dalgalar akış boyunca yönlendirilir 4,20 MHz. Bu dalgalar kırmızı kan hücrelerinden yansır. Gözlenen atımların sıklığı ne olacak? Bu dalgaların hızının eşit olduğunu düşünün. 1,5 × 10 3 m/s, yani Sudaki ses hızına yakındır.
Sorun 3. Frekanstaki ultrasonik dalgalar için Doppler etkisi 1,8 MHz Fetal kalp atış hızını izlemek için kullanılır. Gözlemlenen atım frekansı (maksimum) 600Hz. Sesin dokudaki yayılma hızının eşit olduğu varsayılırsa 1,5 × 10 3 m/s, atan kalbin maksimum yüzey hızını hesaplayın.
Sorun 4. Fabrika kornasının sesinin bir frekansı vardır 650Hz. Kuzey rüzgarı hızlı esiyorsa 12,0 m/sn O halde düdüğün a) kuzeyinde, b) güneyinde, c) doğusunda ve d) batısında bulunan hareketsiz bir gözlemci tarafından hangi frekansta ses duyulacaktır? Bir bisikletçi hızla yaklaşırken hangi frekanstaki sesi duyacaktır? 15 m/sn düdük e) kuzeyden mi yoksa f) batıdan mı? Hava sıcaklığı 20 °C.
Sorun 5. Frekansta salınan düdük 500Hz, yarıçaplı bir daire içinde hareket eder 1m, yapmak 3 saniyede devir sayısı. Belirli bir mesafede sabit bir gözlemci tarafından algılanan en yüksek ve en düşük frekansları belirleyin 5 mçemberin merkezinden. Sesin havadaki hızı eşit alınır 340 m/sn.
– dalga fiziğindeki en önemli olgu. Doğrudan konunun özüne geçmeden önce, küçük bir giriş teorisi.
tereddüt– bir dereceye kadar, bir sistemin durumunu bir denge konumu etrafında değiştirmenin tekrarlanan süreci. Dalga- bu, ortaya çıktığı yerden uzaklaşabilen ve ortama yayılan bir salınımdır. Dalgalar karakterize edilir genlik, uzunluk Ve sıklık. Duyduğumuz ses bir dalgadır, yani. Bir ses kaynağından yayılan hava parçacıklarının mekanik titreşimleri.
Dalgalar hakkındaki bilgilerle donanmış olarak Doppler etkisine geçelim. Titreşimler, dalgalar ve rezonans hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız blogumuza hoş geldiniz.
Doppler etkisinin özü
Doppler etkisinin özünü açıklayan en popüler ve basit örnek, sabit bir gözlemci ve sirenli bir arabadır. Diyelim ki bir otobüs durağında duruyorsunuz. Sireni çalan bir ambulans caddeden size doğru geliyor. Araba yaklaşırken duyacağınız sesin frekansı aynı değildir.
Araç durduğunda ses başlangıçta daha yüksek bir frekansta olacaktır. Siren sesinin gerçek frekansını duyacaksınız ve uzaklaştıkça sesin frekansı azalacaktır. İşte bu Doppler etkisi.
Gözlemci tarafından algılanan radyasyonun frekansı ve dalga boyu, radyasyon kaynağının hareketine bağlı olarak değişir.
Kaptan'a Doppler etkisini kimin keşfettiği sorulsa, hiç tereddüt etmeden Doppler'in bunu yaptığını söyleyecektir. Ve haklı olacak. Teorik olarak kanıtlanmış olan bu olay 1842 Avusturyalı fizikçi tarafından yıl Hıristiyan Doppler, daha sonra onun adını almıştır. Doppler, teorisini su üzerindeki dalgaları gözlemleyerek ve gözlemlerin tüm dalgalara genellenebileceğini öne sürerek türetmiştir. Daha sonra ses ve ışık için Doppler etkisini deneysel olarak doğrulamak mümkün oldu.
Yukarıda ses dalgaları için Doppler etkisinin bir örneğine baktık. Ancak Doppler etkisi yalnızca ses için geçerli değildir. Var:
- Akustik Doppler etkisi;
- Optik Doppler etkisi;
- Doppler etkisi elektromanyetik dalgalar;
- Göreli Doppler etkisi.
Bu etkinin ilk deneysel doğrulamasını sağlayan şey, ses dalgalarıyla yapılan deneylerdi.
Doppler etkisinin deneysel olarak doğrulanması
Christian Doppler'in akıl yürütmesinin doğruluğunun doğrulanması, ilginç ve sıra dışı fiziksel deneylerden biriyle ilişkilidir. İÇİNDE 1845 Hollandalı meteorolog Hıristiyan Oylaması güçlü bir lokomotifi ve mükemmel perdeye sahip müzisyenlerden oluşan bir orkestrayı aldı. Müzisyenlerden bazıları - bunlar trompetçiydi - trenin açık alanında geziniyor ve sürekli aynı notayı çalıyordu. Diyelim ki ikinci oktavın A'sıydı.
Diğer müzisyenler istasyonda meslektaşlarının çaldıklarını dinliyorlardı. Deneydeki tüm katılımcıların mutlak işitmesi, hata olasılığını minimuma indirdi. Deney iki gün sürdü, herkes yoruldu, çok fazla kömür yakıldı ama sonuçlar buna değdi. Sesin perdesinin aslında kaynağın veya gözlemcinin (dinleyicinin) göreceli hızına bağlı olduğu ortaya çıktı.
Doppler efektinin uygulanması
En yaygın olarak bilinen uygulamalardan biri, hız sensörleri kullanılarak hareket eden nesnelerin hızının belirlenmesidir. Radar tarafından gönderilen radyo sinyalleri arabalardan yansıtılarak geri döndürülür. Bu durumda sinyallerin geri döndüğü frekans ofseti doğrudan makinenin hızıyla ilgilidir. Hız ve frekans değişimi karşılaştırılarak hız hesaplanabilir.
Doppler etkisi tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Cihazların çalışması buna dayanmaktadır ultrason teşhisi. Ultrasonda ayrı bir teknik var Dopplerografi.
Doppler etkisi aynı zamanda kullanılır optik, akustik, radyo elektroniği, astronomi, radar.
Bu arada! Okuyucularımız için şimdi %10 indirim var.
Doppler etkisinin keşfi, modern fiziğin gelişmesinde önemli bir rol oynadı. Onaylardan biri büyük patlama teorisi bu etkiye dayanmaktadır. Doppler etkisi ile Büyük Patlama arasında nasıl bir ilişki vardır? Big Bang teorisine göre Evren genişliyor.
Uzak galaksileri gözlemlerken kırmızıya bir kayma gözlenir - spektral çizgilerin spektrumun kırmızı tarafına kayması. Kırmızıya kaymayı Doppler etkisi ile açıklayarak teoriyle tutarlı bir sonuç çıkarabiliriz: galaksiler birbirinden uzaklaşıyor, Evren genişliyor.
Doppler efektinin formülü
Doppler etkisi teorisi eleştirildiğinde, bilim adamının muhaliflerinin argümanlarından biri, teorinin yalnızca sekiz sayfada yer alması ve Doppler etkisi formülünün türetilmesinin hantal matematiksel hesaplamalar içermemesiydi. Bize göre bu sadece bir artı!
İzin vermek sen – alıcının ortama göre hızı, v – dalga kaynağının ortama göre hızı, İle - Ortamdaki dalgaların yayılma hızı, w0 - kaynak dalgaların frekansı. Daha sonra Doppler etkisinin formülü Genel davaşöyle görünecek:
Burada w – alıcının kaydedeceği frekans.
Göreli Doppler etkisi
Klasik Doppler etkisinin aksine, elektromanyetik dalgalar boşlukta yayıldığında Doppler etkisini hesaplamak için SRT kullanılmalı ve göreceli zaman genişlemesi dikkate alınmalıdır. Bırakın ışık - İle , v – kaynağın alıcıya göre hızı, teta – kaynağa doğru olan yön ile alıcının referans sistemi ile ilişkili hız vektörü arasındaki açı. O zaman göreli Doppler etkisinin formülü şöyle görünecektir:
Bugün dünyamızın en önemli etkisi olan Doppler etkisinden bahsettik. Doppler etkisi problemlerini hızlı ve kolay bir şekilde nasıl çözeceğinizi öğrenmek ister misiniz? Onlara sorun, deneyimlerini paylaşmaktan mutluluk duyacaklardır! Ve sonunda Büyük Patlama teorisi ve Doppler etkisi hakkında biraz daha bilgi vereceğiz.
Akustikte Doppler etkisi nedeniyle frekanstaki değişiklik, kaynağın ve alıcının ses dalgalarının taşıyıcısı olan ortama göre hareket hızları ile belirlenir (bkz. formül (103.2)). Doppler etkisi ışık dalgaları için de mevcuttur. Ancak elektromanyetik dalgaları taşıyacak özel bir ortam yoktur. Bu nedenle, ışık dalgalarının frekansının Doppler kayması yalnızca kaynak ve alıcının bağıl hızıyla belirlenir.
K sisteminin koordinatlarının kökenini ışık kaynağıyla, K sisteminin koordinatlarının kökenini alıcıyla ilişkilendirelim (Şekil 151.1). Eksenleri, her zamanki gibi, K sisteminin (yani alıcının) K sistemine (yani kaynağa) göre hareket ettiği v hız vektörü boyunca yönlendirelim. Bir kaynaktan alıcıya doğru yayılan düzlemsel ışık dalgasının denklemi K sistemindeki forma sahip olacaktır.
Burada ve kaynakla ilişkili referans çerçevesinde sabitlenen dalga frekansıdır, yani kaynağın salındığı frekanstır. Işık dalgasının boşlukta ilerlediğini varsayıyoruz; bu nedenle faz hızı c'ye eşittir.
Görelilik ilkesine göre doğa yasaları tüm eylemsiz referans çerçevelerinde aynı forma sahiptir. Sonuç olarak, K sisteminde dalga (151.1) denklemle tanımlanır.
K referans sisteminde kaydedilen frekans nerede, yani alıcı tarafından algılanan frekans. Tüm referans sistemlerinde aynı olan c dışındaki tüm miktarları belirledik.
K sistemindeki dalga denklemi, Lorentz dönüşümleri kullanılarak K sistemindeki denklemden elde edilebilir.
1. cildin formüllerine (63.16) göre in ve t'yi değiştirerek şunu elde ederiz:
(rol v tarafından oynanır). Son ifade kolaylıkla forma indirgenebilir
Denklem (151.3), K sistemindeki aynı dalgayı denklem (151.2) olarak tanımlar. Bu nedenle ilişkinin tatmin edilmesi gerekir
Gösterimi değiştirelim: Kaynak frekansını c ile ve alıcı frekansını ile gösteriyoruz. Sonuç olarak formül şu şekli alacaktır:
Dairesel frekanstan sıradan frekansa geçerek şunu elde ederiz:
(151.5)
(151.4) ve (151.5) formüllerinde görünen alıcının kaynağa göre hızı cebirsel bir niceliktir. Alıcı uzaklaştığında ve alıcının kaynağa yaklaşma zamanına göre
Formül (151.4) yaklaşık olarak aşağıdaki gibi yazılabilirse:
Buradan kendimizi düzen şartlarıyla sınırlandırarak şunu elde ederiz:
(151.6)
Bu formülden frekanstaki göreceli değişimi bulabilirsiniz:
(151.7)
( ile kastedilmiştir).
Düşündüğümüz boylamsal etkiye ek olarak ışık dalgaları için enine Doppler etkisinin de olduğu gösterilebilir. Göreceli hız vektörünün alıcıdan ve kaynaktan geçen çizgiye dik olarak yönlendirilmesi durumunda (örneğin, kaynak bir daire içinde hareket ettiğinde) gözlenen, alıcı tarafından algılanan frekansta bir azalmadan oluşur. alıcının yerleştirildiği merkez).
Bu durumda kaynak sistemdeki frekans, alıcı sistemdeki frekansla şu ilişkiyle ilişkilidir:
Enine Doppler etkisine bağlı olarak frekanstaki bağıl değişiklik
oranın karesiyle orantılıdır ve dolayısıyla frekanstaki bağıl değişimin birinci güçle orantılı olduğu boylamsal etkiden önemli ölçüde daha azdır
Enine Doppler etkisinin varlığı, 1938 yılında Ives tarafından deneysel olarak kanıtlanmıştır. Ives'in deneylerinde, kanal ışınlarındaki hidrojen atomlarının radyasyon frekansındaki değişiklik belirlenmiştir (bkz. § 85'in son paragrafı). Atomların hızı yaklaşık 106 m/s idi. Bu deneyler, Lorentz dönüşümlerinin geçerliliğinin doğrudan deneysel olarak doğrulanmasını temsil eder.
Genel olarak bağıl hız vektörü, biri ışın boyunca yönlendirilen, diğeri ışına dik olan iki bileşene ayrıştırılabilir. İlk bileşen uzunlamasına, ikinci bileşen ise enine Doppler etkisini belirleyecektir.
Boyuna Doppler etkisi yıldızların radyal hızını belirlemek için kullanılır. Yıldızların spektrumundaki çizgilerin göreceli kaymasını ölçerek, formülü (151.4) kullanabiliriz.
Aydınlık bir gazın moleküllerinin termal hareketi, Doppler etkisi nedeniyle spektral çizgilerin genişlemesine yol açar. Termal hareketin kaotik doğasından dolayı, spektrografa göre moleküler hızların tüm yönleri eşit derecede olasıdır. Bu nedenle, cihaz tarafından kaydedilen radyasyon, moleküllerin yaydığı frekansın v termal hareket hızı olduğu noktaya kadar olan aralıkta yer alan tüm frekansları içerir (bkz. formül (151.6)). Böylece spektral çizginin kaydedilen genişliği Değer olacaktır.
(151.10)
buna spektral çizginin Doppler genişliği denir (v, moleküllerin en olası hızı anlamına gelir). Spektral çizgilerin Doppler genişlemesinin büyüklüğüne göre, moleküllerin termal hareketinin hızı ve dolayısıyla parlak gazın sıcaklığı yargılanabilir.
Bir dalganın algılanan frekansı, kaynağının bağıl hızına bağlıdır.
Muhtemelen hayatınızda en az bir kez, özel sinyali ve sireni olan bir arabanın hızla geçtiği yolun kenarında durma fırsatınız olmuştur. Sirenlerin uğultuları yaklaşırken sesi daha yüksek, sonra araba size yakalanınca azalıyor ve son olarak araba uzaklaşmaya başladığında tekrar azalıyor ve tanıdık geliyor: YyyiiieaaaaaaaaaooowuuuuummmMm - sesin sesi hakkında böyle. Belki farkında olmadan dalgaların en temel (ve en kullanışlı) özelliğini gözlemliyorsunuz.
Dalgalar genel olarak tuhaf bir şeydir. Kıyıya yakın bir yerde sallanan boş bir şişe hayal edin. Su, dalgalar halinde kıyıya hücum ediyormuş gibi görünürken, kıyıya yaklaşmadan bir aşağı bir yukarı yürüyor. Ancak hayır - su (ve içindeki şişe) yerinde kalır ve yalnızca rezervuarın yüzeyine dik bir düzlemde salınır. Başka bir deyişle, dalgaların yayıldığı ortamın hareketi, dalgaların kendi hareketine karşılık gelmez. En azından futbol taraftarları bunu iyi öğrendiler ve pratikte kullanmayı öğrendiler: Stadyumun etrafına bir "dalga" gönderirken, kendileri hiçbir yere koşmazlar, sadece ayağa kalkıp sırayla otururlar ve "dalga" (Birleşik Krallık'ta bu fenomene genellikle “Meksika dalgası” denir ") tribünlerin etrafında dolaşıyor.
Dalgaları tanımlamak gelenekseldir sıklık(gözlem noktasında saniyedeki dalga tepelerinin sayısı) veya uzunluk(iki bitişik sırt veya vadi arasındaki mesafe). Bu iki özellik, ortamdaki dalga yayılma hızı aracılığıyla birbiriyle ilişkilidir, dolayısıyla dalga yayılma hızını ve ana dalga özelliklerinden birini bilerek diğerini kolayca hesaplayabilirsiniz.
Dalga başladıktan sonra yayılma hızı yalnızca yayıldığı ortamın özelliklerine göre belirlenir; dalganın kaynağı artık herhangi bir rol oynamaz. Örneğin su yüzeyinde dalgalar bir kez harekete geçtikten sonra yalnızca basınç kuvvetleri, yüzey gerilimi ve yerçekiminin etkileşimi nedeniyle yayılır. Akustik dalgalar, basınç farklılıklarının yönlü iletimi nedeniyle havada (ve diğer ses ileten ortamlarda) yayılır. Ve dalga yayılma mekanizmalarının hiçbiri dalga kaynağına bağlı değildir. Dolayısıyla Doppler etkisi.
Feryat eden siren örneğini tekrar düşünelim. Öncelikle özel aracın sabit olduğunu varsayalım. Sirenden gelen ses bize ulaşır çünkü içindeki elastik membran periyodik olarak havaya etki ederek içinde sıkıştırma oluşturur. yüksek tansiyon, - seyrekleşme ile dönüşümlü. Sıkıştırma zirveleri (akustik bir dalganın "tepeleri") kulaklarımıza ulaşana ve bizi etkileyene kadar ortamda (havada) yayılır. kulak zarı beynimize bir sinyal gönderilecek (işitme bu şekilde çalışır). Algıladığımız ses titreşimlerinin frekansına geleneksel olarak ton veya perde adını veririz: örneğin saniyede 440 hertzlik bir titreşim frekansı, birinci oktavın “A” notasına karşılık gelir. Yani özel araç hareketsizken, sinyalinin tonunu değişmeden duymaya devam edeceğiz.
Ancak özel araç üzerinize doğru hareket etmeye başladığı anda yeni bir efekt eklenecektir. Bir dalga zirvesinin yayılmasından diğerine kadar geçen süre boyunca araç size doğru bir miktar mesafe kat edecektir. Bu nedenle, sonraki her dalga zirvesinin kaynağı daha yakın olacaktır. Sonuç olarak, dalgalar kulaklarınıza araç dururken olduğundan daha sık ulaşacak ve algıladığınız sesin perdesi artacaktır. Tersine, eğer özel araç ters yönde hareket ederse, akustik dalgaların zirveleri kulaklarınıza daha az ulaşacak ve sesin algılanan frekansı azalacaktır. Yanınızdan özel sinyalli bir araba geçtiğinde sirenin sesinin azalmasının açıklaması budur.
Doppler etkisini şu şekilde inceledik: ses dalgaları, ancak diğerleri için de aynı şekilde geçerlidir. Görünür bir ışık kaynağı bize yaklaştığında gördüğümüz dalga boyu kısalır ve sözde gözlemleriz. mor vardiya(hepsinden görünür renkler Işık spektrumunun gamı en kısa dalga boylarına sahip menekşe rengine karşılık gelir). Kaynak uzaklaşırsa spektrumun kırmızı kısmına doğru belirgin bir kayma olur (dalgaların uzaması).
Bu etki adını, bunu teorik olarak ilk tahmin eden Christian Johann Doppler'den almıştır. Doppler etkisi ilk kez deneysel olarak test edildiğinden dolayı hayatım boyunca ilgimi çekti. Hollandalı bilim adamı Christian Buys Ballot (1817-1870) açık bir demiryolu vagonuna bir bando yerleştirdi ve platformda mutlak perdeye sahip bir grup müzisyeni topladı. (Mükemmel perde, bir notayı dinledikten sonra onu doğru bir şekilde adlandırma yeteneğidir.) Platformun önünden müzikli vagonlu bir tren geçtiğinde, bando bir nota çalıyordu ve gözlemciler (dinleyiciler) duydukları müzik notasını yazıyordu. Beklendiği gibi, sesin görünen perdesi doğrudan trenin hızına bağlıydı ve bu aslında Doppler yasasıyla tahmin ediliyordu.
Doppler etkisi bulur geniş uygulama hem bilimde hem de günlük yaşamda. Dünya çapında polis radarlarında kuralları ihlal edenleri yakalamak ve cezalandırmak için kullanılıyor. trafik hızı aşan. Radar tabancası, arabanızın metal gövdesinden yansıyan bir radyo dalgası sinyali (genellikle VHF veya mikrodalga aralığında) yayar. Sinyal, büyüklüğü aracın hızına bağlı olan Doppler frekans kaymasıyla radara geri döner. Cihaz, giden ve gelen sinyallerin frekanslarını karşılaştırarak aracınızın hızını otomatik olarak hesaplar ve ekranda görüntüler.
Doppler etkisi astrofizikte biraz daha ezoterik bir uygulama buldu: özellikle Edwin Hubble, yakın galaksilere olan mesafeleri yeni bir teleskopla ilk kez ölçen, aynı anda onların atomik radyasyon spektrumunda kırmızı bir Doppler kayması keşfetti; galaksilerin bizden uzaklaştığı sonucuna varıldı ( santimetre. Hubble Yasası). Aslında bu, sanki gözlerinizi kapattığınızda, bir anda aşina olduğunuz bir model arabanın motor sesinin gereğinden düşük olduğunu duymuş ve arabanın uzaklaşmakta olduğu sonucuna varmışsınız gibi net bir sonuçtu. Sen. Hubble ayrıca bir galaksinin ne kadar uzakta olduğunu, kırmızıya kaymanın o kadar güçlü olduğunu (ve bizden o kadar hızlı uzaklaştığını) keşfettiğinde, Evrenin genişlediğini fark etti. Bu, Büyük Patlama teorisine doğru atılan ilk adımdı ve bu, bandolu bir trenden çok daha ciddi bir şey.
Hıristiyan Johann Doppler, 1803-53
Avusturyalı fizikçi. Salzburg'da bir duvarcı ailesinde doğdu. Viyana'daki Politeknik Enstitüsü'nden mezun oldu ve 1835'e kadar orada genç öğretmenlik pozisyonlarında kaldı. Prag Üniversitesi'nde matematik bölümünün başına geçme teklifi aldığında, bu teklif onu son anda uzun vadeli kararından vazgeçmeye zorladı. Ülkelerindeki akademik çevrelerde tanınma umudunu yitirerek Amerika'ya göç ediyorlar. Kariyerine Viyana Kraliyet İmparatorluk Üniversitesi'nde profesör olarak son verdi.
