Ефектът на Доплер за звукови вълни

Ефектът на Доплер е средство, чрез което вълнови свойства (по-специално честотите) се влияят от движението на източник или слушател. Картината вдясно демонстрира как движещ се източник би изкривил вълните, идващи от него, поради ефекта на Доплер (известен също като Доплерова смяна).

Ако някога сте чакали на железопътния прелез и сте слушали свирката на влака, вероятно сте забелязали, че теренът на свирката се променя, когато се движи спрямо вашето положение. По същия начин теренът на сирената се променя с приближаването и след това ви прехвърля на пътя.

Помислете за ситуация, при която движението е ориентирано в линия между слушателя L и източника S, като посоката от слушателя към източника е положителна посока. Скоростите V_L и V_С са скоростите на слушателя и източника спрямо вълновата среда (в този случай въздух, който се разглежда в покой). Скоростта на звуковата вълна, V, винаги се смята за положителен.

Прилагайки тези движения и прескачайки всички объркани производни, получаваме честотата, чута от слушателя (

е_L = [(V + V_L)/(V + V_С)] е_С

Ако слушателят е в покой, тогава V_L = 0.
Ако източникът е в покой, тогава V_С = 0.
Това означава, че ако нито източникът, нито слушателят се движат, тогава е_L = е_С, което е точно това, което човек би очаквал.

Ако слушателят се движи към източника, тогава V_L > 0, въпреки че тогава се отдалечава от източника V_L < 0.

Алтернативно, ако източникът се движи към слушателя, движението е в отрицателна посока, така че V_С <0, но ако източникът се отдалечи от слушателя, тогава V_С > 0.

Ефектът на Доплер по същество е свойство на поведението на физическите вълни, така че няма причина да се смята, че се прилага само за звукови вълни. Всъщност всякакъв вид вълна изглежда проявява доплеров ефект.

Същата концепция може да се приложи не само за светлинни вълни. Това измества светлината по протежение на електромагнитния спектър на светлината (и двете Видима светлина и след това), създавайки a Доплерово изместване при светлинни вълни която се нарича или червено изместване или синя смяна, в зависимост от това дали източникът и наблюдателят се отдалечават един от друг или един към друг. През 1927 г. астрономът Едвин Хъбъл наблюдава светлината от далечни галактики, изместена по начин, който съответства на прогнозите на Доплерово изместване и беше в състояние да използва това, за да предвиди скоростта, с която се отдалечават от Земята. Оказа се, че като цяло далечните галактики се отдалечават от Земята по-бързо от близките галактики. Това откритие помогна да се убедят астрономите и физиците (включителноАлберт Айнщайн) че Вселената всъщност се разширява, вместо да остане статична за цяла вечност и в крайна сметка тези наблюдения доведоха до развитието на теория за Големия взрив.