Efectul Doppler este un mijloc prin care proprietăți ale undelor (în special, frecvențele) sunt influențate de mișcarea unei surse sau a unui ascultător. Imaginea din dreapta demonstrează modul în care o sursă în mișcare ar distorsiona undele care provin din ea, datorită efectului Doppler (cunoscut și sub numele de Schimbare Doppler).
Dacă ați așteptat vreodată la o trecere de cale ferată și ați ascultat fluierul trenului, probabil că ați observat că tonul fluierului se schimbă pe măsură ce se deplasează în raport cu poziția dvs. În mod similar, tonul unei sirene se schimbă pe măsură ce se apropie și apoi te trece pe drum.
Calcularea efectului Doppler
Luați în considerare o situație în care mișcarea este orientată într-o linie între ascultătorul L și sursa S, cu direcția de la ascultător la sursă ca direcție pozitivă. Vitezele vL și vS sunt viteza ascultătorului și a sursei în raport cu mediul de undă (aerul în acest caz, care este considerat în repaus). Viteza undei sonore, v, este întotdeauna considerat pozitiv.
Aplicând aceste mișcări și omitând toate derivatele dezordonate, obținem frecvența auzită de ascultător (fL) în ceea ce privește frecvența sursei (fS):
fL = [(v + vL)/(v + vS)] fS
Dacă ascultătorul este în repaus, atunci vL = 0.
Dacă sursa este în repaus, atunci vS = 0.
Aceasta înseamnă că dacă nici sursa, nici ascultătorul nu se mișcă, atunci fL = fS, care este exact ceea ce s-ar aștepta.
Dacă ascultătorul se îndreaptă către sursă, atunci vL > 0, deși dacă se îndepărtează de sursă, atunci vL < 0.
În mod alternativ, dacă sursa se îndreaptă către ascultător, mișcarea este în direcție negativă, deci vS <0, dar dacă sursa se îndepărtează de ascultător, atunci vS > 0.
Efectul Doppler și alte valuri
Efectul Doppler este fundamental o proprietate a comportamentului undelor fizice, deci nu există niciun motiv să credem că se aplică numai undelor sonore. Într-adevăr, orice fel de val ar părea să prezinte efectul Doppler.
Același concept poate fi aplicat nu numai undelor de lumină. Aceasta schimbă lumina de-a lungul spectrului electromagnetic al luminii (ambele lumina vizibila și nu numai), creând un Schimbarea Doppler în undele ușoare care se numește redshift sau blueshift, în funcție de faptul că sursa și observatorul se îndepărtează unul de celălalt sau unul față de celălalt. În 1927, astronomul Edwin Hubble a observat lumina de la galaxii îndepărtate deplasate într-o manieră care să se potrivească cu predicțiile Doppler schimbă și putea să folosească asta pentru a prezice viteza cu care se îndepărtau de Pământ. S-a dovedit că, în general, galaxiile îndepărtate se îndepărtau mai repede de Pământ decât galaxiile din apropiere. Această descoperire a ajutat la convingerea astronomilor și fizicienilor (inclusivAlbert Einstein) că universul s-a extins de fapt, în loc să rămână static pentru toată eternitatea, iar în cele din urmă aceste observații au dus la dezvoltarea Teoria Big Bang.