Doplerio efektas garso bangoms

Dane'as Wirtzfeldas, „Getty Images“.

Doplerio efektas yra priemonė, kuria bangų savybės (konkrečiai, dažniai) turi įtakos šaltinio ar klausytojo judėjimas. Paveikslėlis dešinėje parodo, kaip judantis šaltinis iškraipys iš jo sklindančias bangas dėl Doplerio efekto (taip pat žinomo kaip Doplerio poslinkis ).

Jei kada nors laukėte geležinkelio pervažoje ir klausėtės traukinio švilpuko, tikriausiai pastebėjote, kad švilpuko aukštis keičiasi jam judant jūsų padėties atžvilgiu. Panašiai pasikeičia sirenos aukštis, kai ji artėja ir praleidžia jus kelyje.

Doplerio efekto apskaičiavimas

Apsvarstykite situaciją, kai judesys yra nukreiptas į liniją tarp klausytojo L ir šaltinio S, o kryptis nuo klausytojo iki šaltinio yra teigiama kryptis. Greičiai in_L ir in_S yra klausytojo ir šaltinio greičiai bangos terpės (šiuo atveju oro, kuris laikomas ramybės būsenos) atžvilgiu. Garso bangos greitis, in , visada laikomas teigiamu.

Taikydami šiuos judesius ir praleidę visus netvarkingus išvedžiojimus, gauname klausytojo girdimą dažnį ( f_L ) pagal šaltinio dažnį ( f_S ):

f_L = [( in + in_L )/( in + in_S )] f_S

Jei klausytojas ilsisi, tada in_L = 0.
Jei šaltinis yra ramybės būsenoje, tada in_S = 0.
Tai reiškia, kad jei nei šaltinis, nei klausytojas nejuda, tada f_L = f_S , būtent to ir galima tikėtis.

Jei klausytojas juda link šaltinio, tada in_L > 0, tačiau jei jis tolsta nuo šaltinio in_L <0.

Arba, jei šaltinis juda link klausytojo, judesys yra neigiama kryptimi, taigi in_S <0, but if the source is moving away from the listener then in_S > 0.

Doplerio efektas ir kitos bangos

Doplerio efektas iš esmės yra fizinių bangų elgsenos savybė, todėl nėra pagrindo manyti, kad jis taikomas tik garso bangoms. Iš tiesų, atrodo, kad bet kokia banga turi Doplerio efektą.

Ta pati koncepcija gali būti taikoma ne tik šviesos bangoms. Tai perkelia šviesą išilgai elektromagnetinio šviesos spektro (abu matoma šviesa ir ne tik), kuriant a Doplerio poslinkis šviesos bangose tai vadinama raudonuoju arba mėlynuoju poslinkiu, priklausomai nuo to, ar šaltinis ir stebėtojas tolsta vienas nuo kito, ar vienas kito link. 1927 m. astronomas Edvinas Hablas stebėjo, kaip šviesa iš tolimų galaktikų pasislinko taip, kad atitiko Doplerio poslinkio prognozes, ir galėjo tai panaudoti, kad nuspėtų greitį, kuriuo jie tolsta nuo Žemės. Paaiškėjo, kad apskritai tolimos galaktikos tolsta nuo Žemės greičiau nei netoliese esančios galaktikos. Šis atradimas padėjo įtikinti astronomus ir fizikus (įskaitant Albertas Einšteinas ), kad visata iš tikrųjų plečiasi, užuot išlikusi statiška visą amžinybę, ir galiausiai šie stebėjimai paskatino vystytis Didžiojo sprogimo teorija .