Ефект Доплера – це зміна частоти хвилі, яку реєструє приймач, викликана переміщенням джерела або приймача.
Це явище пояснює, чому звук чи світло можуть змінювати свою частоту або колір, коли джерело чи спостерігач рухається.
Ефект названий на честь австрійського фізика Крістіана Доплера.
Виходячи з власних спостережень за хвилями на воді, Доплер припустив, що подібні явища відбуваються в повітрі з іншими хвилями. На підставі хвильової теорії він у 1842 році вивів, що наближення джерела світла до спостерігача збільшує спостережувану частоту, віддалення зменшує її. Доплер теоретично обґрунтував залежність частоти звукових і світлових коливань, що сприймаються спостерігачем, від швидкості і напряму руху джерела хвиль і спостерігача відносно один одного.
Рухоме джерело
де:
ν – частота хвилі, яку фіксує нерухомий спостерігач,
ν0 — частота коливань у рухомому джерелі,
s — швидкість розповсюдження хвилі,
V — швидкість джерела. Знак залежить від напрямку руху джерела відносно спостерігача.
Частота хвилі, яку фіксує спостерігач, зростає, якщо джерело рухається до нього, й зменшується, якщо джерело рухається від спостерігача.
Рухомий спостерігач
Ситуація, коли рухається спостерігач, загалом не аналогічна руху джерела, бо хвилі розповсюджуються в певному середовищі. У такому випадку існують три системи відліку, пов’язані з середовищем, джерелом і спостерігачем.
При нерухомому відносно середовища джерелі спостерігач, який рухається із швидкістю V, фіксуватиме хвилі на частоті
Рухаються і джерело й спостерігач
Електромагнітні хвилі
У випадку електромагнітних хвиль у вакуумі ситуація змінюється, оскільки середовища розповсюдження хвилі не існує. Відносна швидкість джерела й спостерігача залишається єдиною характеристикою руху.
,
де c — швидкість світла.
Поняття доплерівського зсуву спектральних ліній запровадив французький фізик Фізо 1848 року, а експериментально його виявили 1876 року.
Застосування
Ефект Доплера використовується в багатьох областях, таких як:
- Астрономія: Для вимірювання швидкості зірок і галактик
- Медицина: Для діагностики захворювань, таких як серцеві шуми
- Техніка: Для вимірювання швидкості рухомих об’єктів, таких як автомобілі та літаки