اثر دوپلر: تفاوت بین نسخه‌ها

نسخهٔ ‏۱۲ سپتامبر ۲۰۱۲، ساعت ۲۱:۲۷

اثر دوپلر در فیزیک امواج می‌گوید که بسامد ظاهری یک موج بر اثر حرکت فرستنده یا گیرندهٔ آن تغییر می‌کند. این پدیده را کریستیان یوهان دوپلر (۱۸۰۳ میلادی-۱۸۵۳ میلادی) فیزیکدان اتریشی در مقاله‌ای در سال 1842 میلادی بیان کرد. اثر دوپلر در همهٔ امواج مانند امواج صوتی و امواج الكترومغناطیسی(نور) دیده می‌شود.

هرگاه گیرنده‌ای به سمت یک منبع ساکن که از خود موج صوتی می‌فرستد برود، بسامد صوتی که می‌گیرد بیشتر از وقتی است که نسبت به منبع ساکن باشد (شنونده صدا را زیرتر می‌شنود). و اگر از منبع صوت دور شود، موجی را با بسامد کمتر می‌گیرد (شنونده صدا را بم‌تر می‌شنود). اگر منبع موج نیز از گیرنده دور و یا به او نزدیک شود، بسامد صوتی که شنونده می‌شنود نیز به ترتیب کمتر و یا بیشتر می‌شود.

اگر بسامد موج تولید شده در منبع v باشد و سرعت شنونده و منبع به ترتیب v₀ و v_s باشد، بسامد موجی که شنونده می‌شنود، ^'v ، از رابطهٔ زیر به دست خواهد آمد:

در این رابطه سرعت موج در محیط انتشار است. علامت‌های بالایی (+ در صورت و - در مخرج) مربوط به وقتی است که منبع و شنونده به هم نزدیک می‌شوند و علامت‌های پایینی مربوط به وقتی است که منبع و شنونده از هم دور می‌شوند. این رابطه در دستگاهی نوشته شده است که نسبت به محیط انتشار ساکن است.

اگر سرعت منبع یا ناظر در مقایسه با سرعت نور چشم‌پوشیدنی نباشد، باید رابطهٔ نسبیتی دوپلر را به کار برد که به شکل زیر است:

در این رابطه v_r سرعت نسبی منبع و شنونده است.

بارزترین مثال آن حرکت اتومبیل آتش نشانی یا آمبولانس است که از دور با آژیر نزدیک می‌شود و عبور می‌کند و سپس دور می‌شود. وقتی که ماشین(محرک) به ما نزدیک می شود فرکانس دریافتی (در مقایسه با فرکانس گسیل شده از منبع) افزایش می‌یابد یا طول موجی که باید به ما برسد کوتاه تر می شود در نتیجه باید فاصله کمتری را طی کند. در لحظهٔ عبور این فرکانس با فرکانس گسیل شده از منبع برابر می‌شود، وقتی که ماشین دور میشود فرکانس دریافتی با دور شدن ماشین کاهش می‌یابد یا طول موج نت بیشتر شده چون باید فاصله ی بیشتری را طی کند. بدیهی است هر چه ماشین سریعتر حرکت کند تغییر طول موج بیشتر خواهد بود. به بیان ساده‌تر آمبولانسی که به فرد ساکن نزدیک می‌شود ظاهرا دارای آژیر تندتری است و وقتی از وی دور می‌شود دارای آژیر کندتر به نظر می‌رسد

این امواج می توانند:

امواج آب( آشفتگی مکانیکی‌ای که مثلا با انداختن یک سکه کوچک در ظرف آب ایجاد می شود، موجی دایره‌ای بوجود می‌آورد که از آن نقطه به اطراف گسیل می‌شود. تعدادی سکه که بطور متوالی در یک نقطه انداخته شوند، یک رشته فیزیک امواج دایره‌ای هم‌‌مرکز ایجاد می‌کنند. اما وقتی چشمه حرکت می‌کند، برای مثال هنگامی که سکه‌ها از دستی رها می‌شوند که بر فراز ظرف حرکت می‌کند، فیزیک امواج دایره‌ای حاصل دیگر هم‌مرکز نیستند.)

فشار_ صوت(خفاش‌ها ، برای اینکه با استفاده از پژواک جای یکدیگر و همچنین جای حشرات و شکار خود را تشخیص دهند، از طریق گسیل فیزیک امواج صوتی بسیار ریزی که معمولا برای گوش انسان قابل شنیدن نیست، به اثر دوپلر وابسته‌اند).

یا نور باشند.

Doppler2 fr.gif

اثر دوپلر در نجوم کاربرد بسیار دارد زیرا در جهان همه چیز در حال حرکت است.

همانند مثال اتومبیل، زمانی که ستاره ای از ناظر دور می شود طول موج های طیف ستاره بلند تر شده در نتیجه به سوی سرخ طیف جا به جا شده(انتقال به سرخ) و اگر ستاره به ناظر نزدیک شود طول موج ها به سوی آبی طیف جا به جا میشوند(انتقال به آبی). تغییر طول موج فقط به سرعت نسبی ستاره بستگی دارد.نقش بارز این پدیده وقتی آشکار می شود که بدانیم تقریبا همه ی کهکشان ها انتقال به قرمز دارند و نتیجه بگیریم که جهان ما در حال انبساط است.