doppler_effect.jpg

A Doppler-effektus a hullám frekvenciájában és ezzel együtt hullámhosszában megjelenő változás, mely amiatt alakul ki, hogy a hullámforrás és a megfigyelő egymáshoz képest mozog.

A fénynél a jelenséget vöröseltolódásnak (távolodáskor) illetve kékeltolódásnak (közeledéskor) nevezzük, de a vöröseltolódás (kékeltolódás) oka más is lehet.

Az olyan hullámok esetében, mint a hanghullámok, amelyek valamilyen közegben terjednek, a megfigyelő és a forrás közeghez viszonyított sebességével kell számolni. A teljes Doppler-effektus a két mozgásból eredő hatásból származik. Mindkét hatást külön tárgyaljuk.

Az jelenséget először Christian Andreas Doppler osztrák matematikus és fizikus jósolta meg 1842-ben az Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels (A ég kettőscsillagai és pár más csillag színéről) című monográfiájában. A feltevést hanghullámokra a holland tudós, Ballot igazolta 1845-ben. Azt találta, hogy a közeledő test hangja magasabb volt, a távolodóé alacsonyabb, mint a test által kibocsájtott hang. A francia Hippolyte Fizeau Dopplertől függetlenül felfedezte a jelenséget elektromágneses hullámoknál 1848-ban (néha emiatt „effet Doppler-Fizeau” néven hívják Franciaországban)

Fontos észrevenni, hogy nem változik meg a forrás által kibocsájtott frekvenciája. Hogy megértsük mi történik valójában egy hasonlatot írunk le. Valaki egy labdát dob felénk minden másodpercben, mindegyik labda állandó sebességgel közeledik hozzánk. Ha a dobó egy helyben van, akkor másodpercenként kapok egy labdát. Ha viszont mozog felém, akkor gyakrabban, mert egyre közelebbről jönnek a labdák.

Ha a mozgó forrás f₀ frekvenciájú hullámot bocsájt ki, akkor a közeghez képest álló megfigyelő az alábbi módon meghatározható f frekvenciát észlel:

$f\; =\; f\_0\; \backslash frac\; \{c\}\{c\; -\; v\}$

ahol c a hullám sebessége a közegben és v a hullámforrás (radiális) sebessége a közeghez képest (pozitív=közeledő, negatív=távolodó).

Hasonló elemzés a mozgó megfigyelőre és álló forrásra a következőt kapjuk (a megfigyelő sebessége a v):

$f\; =\; f\_0\; \backslash left(1\; +\; \backslash frac\; \{v\}\{c\}\; \backslash right)$

Az első kísérlet, hogy Doppler elképzelését fényre kiterjesszük nemsokára megszületett Fizeau-tól. Valójában a fénynek nincs szüksége közegre, hogy terjedjen, és a Doppler-effektus értelemzéséhez fény esetén a speciális reletivitáselmélet használata szükséges. Lásd relativisztikus Doppler-effektus.

Alkalmazásai

---

A mindennapi életben

A mellettünk elhaladó mentőautó vagy Forma-1-es sportkocsi hangja magasabb amíg az autó közeledik, és mélyebb amikor már távolodik.

Csillagászat

A fény Doppler-effektusát sokféle módon felhasználják a csillagászatban. Ezt használják arra, hogy az égitestek irányunkba eső sebességösszetevőjét, a radiális sebességét meghatározzák. Meghatározható belőle, ha egy egyszeres csillagnak látszó valami tulajdonképpen egy szoros kettőscsillag, és meghatározható belőle a csillagok és galaxisok forgási sebessége is. A csillagok felszínének a rengésére is következtethetünk belőle.

A csillagászatban a Doppler-effektus felhasználásakor kihasználják, hogy a csillagok elektromágneses spektruma nem folytonos, hanem abszorpciós (elnyelési) vonalakat tartalmaz, melyek frekvenciája jól ismert, az atombeli elektronpályák energiájával van kapcsolatban. Ha az égitest mozog, akkor az elnyelési vonala eltolódik. Mivel a kék fény frekvenciája nagyobb, mint a vörösé, ezért a távolodó égitesté vörös irányba tolódik, a közeledőé kék irányba. A jelenséget vöröseltolódásnak illetve kékeltolódásnak hívjuk.

A közeli csillagok közül a legnagyobb a radiális sebessége a Naphoz képest +308 km/s (BD-15°4041, másnéven LHS 52, 81,7 fényévre) illetve -260 km/s (Woolley 9722, másnéven Wolf 1106 ill. LHS 64, 78,2 fényévnyire). A pozitív sebesség jelenti a távolodást.

A távoli galaxisok vöröseltolódását az Univerzum tágulása okozza, nem Doppler-effektus.

Hőmérésékletmérés

A Dopple-effektus egy másik alkalmazása szintén többnyire a csillagászathoz kötődik, olyan gázok hőmérsékletének megmérése, melyek valamilyen jól látható spektrumvonalat bocsájtanak ki. A gáz hőmozgása miatt a gázrészecskék egy része távolodik, a spektrumvonal vöröseltolódást szenved, a közeledőknél pedig kékeltolódást, tehát a spektrumvonal kiszélesedik. A vonal frekvenciaeloszlását Doppler-profilnak nevezik és a vonal (félérték?)szélessége arányos a gáz hőmérsékletének négyzetgyökével, lehetővé téve a hőmérséklet meghatározását a szélességből.

Radar

Orvosi leképezés

Áramlási sebesség mérése

Külső hivatkozások

---

Klasszikus mechanika | Elektrodinamika | Asztrofizika

Doppler effect تأثير دوبلر Доплеров ефект Efecte Doppler Dopplerův jev Dopplereffekt Doppler-Effekt Efecto Doppler Doppleri efekt Doppler-ilmiö Effet Doppler-Fizeau אפקט דופלר Dopplerov efekt Efek Doppler Effetto Doppler ドップラー効果 Doplera efekts Dopplereffect Dopplereffekten Dopplereffekten Efekt Dopplera Efeito Doppler Efectul Doppler Эффект Доплера Dopplerov jav Доплеров ефекат Dopplereffekt Hiệu ứng Doppler 多普勒效应