3 tény a fény Doppler-effektusáról: mit, hogyan, példák és GYIK

A Doppler-effektus mindkét hanghullámra érvényes könnyű hullámok. Tehát először elemezzük, mi a fény Doppler-hatása.

A fény Doppler-effektusát úgy határozzuk meg, mint a változást a frekvencia a megfigyelő által a megfigyelő és a fényforrás relatív mozgásának eredményeként látott fény. Ennek eredményeként azt mondhatjuk, hogy a fényben a Doppler-effektus ugyanúgy jelentkezik, mint a fényben hang.

Tehát, most, hogy ismerjük a Doppler-effektust fényben, ebben a cikkben megvizsgáljuk a relativisztikus Doppler-effektust, képletét, valós példáit és még sok mást.

Hogyan működik a Doppler-effektus fénnyel?

A fény mindig azonos sebességgel halad, függetlenül az alkalmazott vonatkoztatási rendszertől; az egyetlen változás az energiájában van. Tehát nézzük meg, hogyan működik a Doppler-effektus a fénnyel.

A fény hullámhossza határozza meg a fény energiáját. Így, miközben a forrás és a megfigyelő egymáshoz képest mozog, a forrás által kibocsátott fény hullámhossza megváltozik, amikor azt a megfigyelő észleli. Ezt a jelenséget Doppler-effektusnak nevezik.

Doppler-effektus fénypéldákhoz:

A fényben megjelenő Doppler-effektus a való életben is előfordul. Nézzük meg az alábbi példákon keresztül:

  • Az univerzum tágulása miatt a távoli objektumoktól (például csillagoktól) kapott fény vöröseltolódást szenved.
  • Az elhaladó autó sebességét egy sebességmérő kamera méri a fény Doppler-effektusával.

Relativisztikus Doppler-effektus a fényre:

A fényben a Doppler-effektus a megfigyelő és a forrás relativisztikus mozgása miatt látható. Tehát nézzük meg közelebbről a relativisztikus Doppler-effektust a fényben.

A megfigyelő frekvenciával kapja meg a hullámot f vagy hullámhossz 𝜆 amikor a forrás és a megfigyelő egyaránt mozdulatlan. Tegyük fel, hogy a keretben lévő fényforrás 𝜆 hullámhosszú fényt bocsát kis időben ts és v sebességgel távolodik az álló kerettől (állandót feltételezve).

Amikor a forrás távolodik a megfigyelőtől, a megfigyelő által vett hullámhossz megnyúlik

Szerint speciális relativitás elmélet szerint az idő- és hosszintervallumok változásai a megfigyelő relatív mozgásán alapulnak. Így a Lorentz-transzformáció egyenletének egy viszonylag mozgó vonatkoztatási rendszerre történő alkalmazásával a következő egyenletet kapjuk a megfigyelő által mért hullámhosszra:

(Amikor 𝑣 = ᥆, akkor 𝜆o = 𝜆s)

De 𝜆 / t = c (hol a c a fénysebesség)

Így a fenti egyenlet így írható fel:

A fenti egyenlet egyszerűsítésével megkapjuk a megfigyelő által megfigyelt hullámhosszt:

egyenlet (1)

Ez az egyenlet feltételezi, hogy a forrás távolodik a megfigyelőtől. Ezért a v sebesség pozitív, ha a forrás eltávolodik a megfigyelőtől, és negatív, ha a forrás a megfigyelő felé mozog.

Ez az egyenlet a következőképpen fejezhető ki a forrásfrekvencia és a megfigyelt frekvencia tekintetében:

fo = c / 𝜆o

Így

(2) egyenlet

Az (1) és (2) egyenlet a Doppler-effektushoz szükséges egyenlet.

Vöröseltolódás és kékeltolás:

A fény frekvenciája határozza meg a színét. A forrás és a megfigyelő frekvenciájának relatív mozgása által okozott változása a vöröseltolódás és a blueshift. Nézzük meg, mit jelent.

  • Ahogy a fényforrás távolodik a megfigyelőtől, a megfigyelő alacsonyabb frekvenciájú hullámot kap, mint a forrás. Az a tény, hogy a vörös színnek a legalacsonyabb frekvenciája a látható spektrumban, eltolódást okoz a spektrum vörös vége felé. A csillagászatban vöröseltolódásként ismert.
  • Ahogy a fényforrás közelebb kerül a megfigyelőhöz, a megfigyelő magasabb frekvenciájú hullámot kap, mint a forrás. Az a tény, hogy a kék színnek a legmagasabb frekvenciája van a látható spektrumban, eltolódást okoz a spektrum kék végére. A csillagászatban blueshift néven ismert.
Kép Credits: Redshift_Blueshift által, Aleš Tošovský (CC BY-SA 3.0)

Következtetés:

Ez a cikk megmutatja, hogy hullámfényként a Doppler-effektust is megtapasztalja, akárcsak a hang. Ez a jelenség a fénykibocsátó és a megfigyelő relatív sebessége miatt következik be. Eljutunk ahhoz az elképzeléshez, hogy az univerzum a fény Doppler-effektusának köszönhetően tágul.

Írj hozzászólást

E-mail címed nem kerül nyilvánosságra. Kötelező kitölteni *

Lapozzon a lap tetejére