Τι είναι το φαινόμενο Doppler

Το φαινόμενο Doppler είναι ένα από τα πιο συναρπαστικά φαινόμενα που παρατηρούνται στη διάδοση των κυμάτων. Ασχολείται με τη φαινομενική παραμόρφωση που συμβαίνει στη διάδοση των κυμάτων όταν η πηγή ή ο παρατηρητής του κύματος βρίσκονται σε σχετική κίνηση.

Σύμφωνα με το φαινόμενο Doppler, η συχνότητα του κύματος έχει μια εμφανή αλλαγή όταν λαμβάνεται από έναν παρατηρητή όταν υπάρχει μια μη μηδενική σχετική κίνηση μεταξύ της πηγής του κύματος και του παρατηρητή.

Η βασική μηχανική του φαινομένου Doppler υποδηλώνει ότι το βήμα ή η συχνότητα του κύματος αλλάζει καθώς αλλάζει η απόσταση μεταξύ του παρατηρητή και της πηγής. Όταν η απόσταση που χωρίζει τον παρατηρητή από την πηγή αυξάνεται, το βήμα ή η συχνότητα μειώνεται. Όταν η απόσταση που χωρίζει τον παρατηρητή από την πηγή μειώνεται, το βήμα ή η συχνότητα αυξάνεται.

Ο λόγος πίσω από το φαινόμενο Doppler

Όταν ένα σώμα παράγει έναν ήχο, αυτός διαδίδεται με τη μορφή κυμάτων σε όλο το μέσο. Αυτά τα κύματα είναι σαν ομόκεντροι κύκλοι που εξακολουθούν να απομακρύνονται από την πηγή. Όταν η πηγή είναι ακίνητη, μπορείτε να φανταστείτε τα ηχητικά κύματα να διαδίδονται μέσω ενός μέσου όπως οι κυματισμοί σε μια λίμνη όταν ρίχνετε μια πέτρα σε αυτήν.

Οι ομόκεντροι κύκλοι των ηχητικών κυμάτων ταξιδεύουν με ίση ταχύτητα και η απόσταση μεταξύ κάθε ηχητικού κύματος ονομάζεται μήκος κύματος. Το μήκος κύματος παραμένει σταθερό όταν η πηγή είναι σταθερή. Αυτό σημαίνει ότι σε έναν ακίνητο παρατηρητή, ο ήχος θα ακουστεί στην ακριβή αρχική συχνότητα.

Το φαινόμενο Doppler παρατηρείται όταν είτε η πηγή είτε ο παρατηρητής ή και τα δύο βρίσκονται σε σχετική κίνηση μεταξύ τους.

Κίνηση της πηγής

Όπως συζητήθηκε, μια ακίνητη πηγή θα εκπέμπει ηχητικά κύματα με τη μορφή ομόκεντρων κύκλων και το μήκος κύματος μεταξύ κάθε διαδοχικού ηχητικού κύματος θα είναι σταθερό. Όταν η πηγή κινείται, το μήκος κύματος μεταξύ αυτών των ηχητικών κυμάτων αλλάζει.

Μια πηγή σε κίνηση, ας πούμε προς έναν παρατηρητή, θα εξακολουθεί να παράγει ηχητικά κύματα όπως όταν ήταν ακίνητη. Αλλά τώρα, η κορυφή κάθε νέου διαδοχικού κύματος θα βρίσκεται σε μια θέση που είναι πιο κοντά στη θέση του παρατηρητή. Αυτό σημαίνει ότι η κορυφή των κυμάτων μεταξύ του παρατηρητή και της πηγής θα ομαδοποιηθεί, προκαλώντας την αύξηση της συχνότητας να ακουστεί.

Ομοίως, όταν η πηγή απομακρύνεται, κάθε διαδοχική κορυφή του ηχητικού κύματος είναι πιο μακριά από τη θέση του παρατηρητή. Αυτό σημαίνει ότι η κορυφή των κυμάτων μεταξύ της πηγής και του παρατηρητή θα απλωθεί, με αποτέλεσμα η φαινομενική συχνότητα να είναι χαμηλότερη από την αρχική.

Κίνηση του παρατηρητή

Όταν μια ακίνητη πηγή παράγει ηχητικά κύματα, αυτά εξαπλώνονται από την πηγή με τη μορφή ομόκεντρων κύκλων. Ας υποθέσουμε ότι ένας παρατηρητής βρίσκεται σε μια ορισμένη απόσταση από αυτήν την πηγή. Όσο ο παρατηρητής είναι ακίνητος, θα ακούει μόνο την αρχική συχνότητα αφού το μήκος κύματος θα είναι σταθερό μεταξύ των διαδοχικών ηχητικών κυμάτων.

Αν ένας παρατηρητής κινηθεί προς την πηγή, μειώνει συνεχώς την απόσταση μεταξύ αυτού και της πηγής. Αυτό σημαίνει ότι θα ακούσουν το επόμενο ηχητικό κύμα σε χρόνο νωρίτερα από το αναμενόμενο. Αυτό θα συμβεί για πολλαπλά ηχητικά κύματα σε σύντομο χρονικό διάστημα. Επομένως, ο παρατηρητής θα ακούσει τα ηχητικά κύματα σε ομαδοποιημένη μορφή. Αυτό κάνει τον παρατηρητή να ακούσει τα ηχητικά κύματα σε υψηλότερη συχνότητα από την αρχική συχνότητα του σπιτιού.

Αντίστροφα, όταν ένας παρατηρητής απομακρύνεται από την πηγή, η απόσταση μεταξύ του παρατηρητή και της πηγής αυξάνεται συνεχώς. Αυτό σημαίνει ότι ο παρατηρητής θα ακούσει τα ηχητικά κύματα με αυξανόμενη καθυστέρηση μεταξύ κάθε διαδοχικού ηχητικού κύματος. Το αποτέλεσμα που παράγει είναι ότι τα ηχητικά κύματα θα ακούγονται πιο απλωμένα από ό,τι αρχικά. Αυτό αναγκάζει τον παρατηρητή να ακούσει τα ηχητικά κύματα σε χαμηλότερη φαινομενική συχνότητα από την αρχική.

Ο τύπος για το φαινόμενο Doppler

Το φαινόμενο Doppler παρατηρείται κυρίως σε δύο τύπους κυμάτων, τα ηχητικά κύματα και τα φωτεινά κύματα. Στην περίπτωση των ηχητικών κυμάτων, περιλαμβάνει την αλλαγή στο ύψος με το οποίο ακούγεται ο ήχος. Αλλά στην περίπτωση των κυμάτων φωτός, η συχνότητα αλλάζει. επομένως, το μήκος κύματος του φωτός αλλάζει. Αυτό σημαίνει ότι αλλάζει και το χρώμα του φωτός.

Οι τύποι για το φαινόμενο Doppler σε όλες τις πιθανές αιτίες είναι:

Όταν η πηγή κινείται προς τον παρατηρητή αλλά ο παρατηρητής είναι ακίνητος,

Σε όλους αυτούς τους τύπους;

f είναι η συχνότητα που είναι εμφανής στον παρατηρητή

fo είναι η συχνότητα του κύματος στην πηγή

v είναι η ταχύτητα διάδοσης του κύματος

vo είναι η ταχύτητα του παρατηρητή

v είναι η ταχύτητα του κύματος στο μέσο

Συμπέρασμα

Όταν ένα σώμα παράγει έναν ήχο, αυτός διαδίδεται με τη μορφή κυμάτων σε όλο το μέσο. Αυτά τα κύματα είναι σαν ομόκεντροι κύκλοι που εξακολουθούν να απομακρύνονται από την πηγή. Όταν η πηγή είναι ακίνητη, μπορείτε να φανταστείτε τα ηχητικά κύματα να διαδίδονται μέσω ενός μέσου όπως οι κυματισμοί σε μια λίμνη όταν ρίχνετε μια πέτρα σε αυτήν.

Οι ομόκεντροι κύκλοι των ηχητικών κυμάτων ταξιδεύουν με ίση ταχύτητα και η απόσταση μεταξύ κάθε ηχητικού κύματος ονομάζεται μήκος κύματος. Το μήκος κύματος παραμένει σταθερό όταν η πηγή είναι σταθερή. Αυτό σημαίνει ότι σε έναν ακίνητο παρατηρητή, ο ήχος θα ακουστεί στην ακριβή αρχική συχνότητα.

Το φαινόμενο Doppler μπορεί να παρατηρηθεί όταν είτε η πηγή του κύματος είτε ο παρατηρητής είτε και τα δύο βρίσκονται σε σχετική κίνηση μεταξύ τους.