تأثير دوبلر للموجات الصوتية

إن تأثير دوبلر هو وسيلة يتم من خلالها خصائص الموجة (على وجه التحديد ، الترددات) تتأثر بحركة المصدر أو المستمع. توضح الصورة الموجودة على اليمين كيف يمكن لمصدر متحرك أن يشوه الموجات القادمة منه ، بسبب تأثير دوبلر (المعروف أيضًا باسم التحول دوبلر).

إذا كنت في أي وقت تنتظر عند معبر للسكك الحديدية واستمعت إلى صافرة القطار ، فقد لاحظت على الأرجح أن درجة الصافرة تتغير لأنها تتحرك بالنسبة لموقفك. وبالمثل ، فإن نغمة صفارة الإنذار تتغير عند اقترابها ثم تمر بك على الطريق.

ضع في اعتبارك موقفًا حيث يتم توجيه الحركة في خط بين المستمع L والمصدر S ، مع الاتجاه من المستمع إلى المصدر باعتباره الاتجاه الإيجابي. السرعات الخامس_لام و الخامس_س هي سرعات المستمع والمصدر بالنسبة لوسط الموجة (الهواء في هذه الحالة ، والذي يعتبر في حالة الراحة). سرعة الموجة الصوتية ، الخامس، تعتبر دائما إيجابية.

من خلال تطبيق هذه الاقتراحات ، وتخطي جميع الاشتقاقات الفوضوية ، نحصل على تردد المستمع (F_لام) من حيث تواتر المصدر (F_س):

F_لام = [(الخامس + الخامس_لام)/(الخامس + الخامس_س)] F_س

إذا كان المستمع في حالة راحة ، ثم الخامس_لام

إذا كان المستمع يتحرك نحو المصدر ، فعندئذٍ الخامس_لام > 0 ، على الرغم من أنه يتحرك بعيدًا عن المصدر الخامس_لام < 0.

بالتناوب ، إذا كان المصدر يتحرك نحو المستمع ، فإن الحركة تكون في الاتجاه السلبي الخامس_س <0 ، ولكن إذا كان المصدر يتحرك بعيدًا عن المستمع ، عندئذٍ الخامس_س > 0.

إن تأثير دوبلر هو في الأساس خاصية لسلوك الموجات الفيزيائية ، لذلك لا يوجد سبب للاعتقاد بأنه ينطبق فقط على الموجات الصوتية. في الواقع ، يبدو أن أي نوع من الموجات يظهر تأثير دوبلر.

يمكن تطبيق هذا المفهوم نفسه ليس فقط على موجات الضوء. هذا يغير الضوء على طول الطيف الكهرومغناطيسي للضوء (كلاهما ضوء مرئي وما بعدها) ، إنشاء تحول دوبلر في موجات الضوء يُسمى إما انزياح أحمر أو تحول أزرق ، اعتمادًا على ما إذا كان المصدر والمراقب يتحركان بعيدًا عن بعضهما البعض أو تجاه بعضهما البعض. في عام 1927 ، الفلكي إدوين هابل لاحظ الضوء من المجرات البعيدة يتحول بطريقة تتناسب مع تنبؤات المجرات استطاع دوبلر التحول واستطاع استخدامه للتنبؤ بالسرعة التي يتحركون بها بعيدًا عن أرض. اتضح أن المجرات البعيدة بشكل عام تتحرك بعيدًا عن الأرض بسرعة أكبر من المجرات القريبة. ساعد هذا الاكتشاف في إقناع علماء الفلك والفيزيائيين (بما في ذلكالبرت اينشتاين) أن الكون كان يتوسع في الواقع ، بدلاً من البقاء ثابتًا إلى الأبد ، وأدت هذه الملاحظات في النهاية إلى تطوير نظرية الانفجار الكبير.