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).
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:
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
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.
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.
