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Der Doppler-Effekt ist die Änderung der Frequenz einer Welle, wenn sie von einem Beobachter wahrgenommen wird, der sich in Bezug auf die Quelle, die die Welle aussendet, bewegt . Dieser Effekt führt zu einer Zunahme der Frequenz (und einer Abnahme der Wellenlänge), wenn sich der Beobachter der Quelle nähert (oder die Quelle sich dem Beobachter nähert), und zu einer Abnahme der Frequenz, wenn sie sich voneinander entfernen.
Diesen Effekt können wir jeden Tag beobachten, wenn wir den Tonhöhenwechsel eines Autos beobachten, das sich uns nähert und wieder entfernt, wie etwa bei einem Formel-1-Rennen: Der Ton ist merklich höher, wenn das Auto auf uns zukommt, als wenn es auf uns zukommt es geht vorne vorbei und entfernt sich dann.
Die Tonusänderung, die wir wahrnehmen, ist vielleicht das greifbarste Beispiel für den Doppler-Effekt in unserem täglichen Leben. Dieser Effekt gilt jedoch nicht nur für Schallwellen, sondern für jede Art von Welle, einschließlich Lichtwellen. Aus diesem Grund ist der Dopplereffekt in der Astronomie und vielen anderen wissenschaftlichen Disziplinen von großer Bedeutung.
Doppler-Effekt-Formel
Der Doppler-Effekt kann in Form eines Paares von Gleichungen geschrieben werden, die die beobachtete Frequenz oder Wellenlänge mit der der Quelle in Beziehung setzen. Ihre Anwendung hängt davon ab, ob sich Wellenquelle und Beobachter aufeinander zu oder voneinander weg bewegen.
Wenn sich die Quelle dem Beobachter nähert
In diesem Fall lautet die zu verwendende Gleichung oder Formel:
In diesen Gleichungen stellt f obs die vom Beobachter wahrgenommene Frequenz dar; f Quelle ist die Frequenz, die die Quelle aussendet; λ ist die Wellenlänge; v ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Welle im Medium ausbreitet, und v Quelle ist die Relativgeschwindigkeit, mit der sich die Quelle dem Beobachter nähert.
Wie zu sehen ist, sagen die Gleichungen voraus, dass die vom Beobachter wahrgenommene Frequenz mit zunehmender Geschwindigkeit zunimmt, mit der sich die Quelle nähert, während das Gegenteil mit der Wellenlänge auftritt.
Wenn sich die Quelle vom Beobachter entfernt
Diese Gleichungen sind äquivalent zu den vorherigen, mit dem Unterschied des Vorzeichens der Geschwindigkeit der Quelle:
Alle Variablen sind die gleichen wie im vorherigen Fall. Diese Gleichungen sagen voraus, dass die vom Beobachter wahrgenommene Frequenz abnimmt und die Wellenlänge zunimmt, wenn die Geschwindigkeit zunimmt, mit der sich die Quelle zurückzieht.
Rotverschiebung oder Rotverschiebung
Licht verhält sich wie eine elektromagnetische Welle, die sich im Vakuum mit einer konstanten Geschwindigkeit von etwa 300.000 km/s ausbreitet. Was die Farbe des Lichts bestimmt, ist seine Wellenlänge oder seine Frequenz. Sichtbares Licht mit höherer Frequenz oder kürzerer Wellenlänge ist eine Farbe zwischen Blau und Violett, während Licht mit längerer Wellenlänge und daher niedrigerer Frequenz rot ist.
Wenn der Doppler-Effekt auftritt, wenn wir uns von einer Lichtquelle entfernen (oder wenn sich eine Lichtquelle von uns entfernt), nehmen wir dieses Licht mit einer niedrigeren Frequenz wahr als die, die die Quelle aussendet. Diese Frequenzänderung bewirkt, dass die Farbe des Lichts, die wir wahrnehmen, näher an Rot liegt als zuvor im Spektrum des sichtbaren Lichts. Aus diesem Grund wird dieses Phänomen als Verschiebung oder Rotverschiebung bezeichnet.
Wie man sieht, ist die Rotverschiebung in der Astronomie von großer Bedeutung, da wir durch ihre Quantifizierung indirekt die Geschwindigkeit bestimmen können, mit der sich andere Himmelskörper von uns entfernen. Dies wird erreicht, indem die Frequenzverschiebung in den atomaren Absorptionslinien des Lichts von fernen Sternen und Nebeln bestimmt wird.
Es sollte beachtet werden, dass die Tatsache, dass es als Rotverschiebung bezeichnet wird, nicht bedeutet, dass das Licht selbst rot ist, sondern dass seine Frequenz in der Richtung oder dem Sinn verschoben ist, in der sich die Frequenz der roten Farbe im elektromagnetischen Spektrum befindet.
Blauverschiebung oder Verschiebung
Die Blauverschiebung ist der gegenteilige Effekt der Rotverschiebung: Sie bezieht sich auf die Erhöhung der Frequenz einer Lichtwelle oder elektromagnetischen Welle, die von einer Quelle ausgestrahlt wird, die sich uns nähert.
Der Effekt der Verschiebung oder Verschiebung ins Blaue wird zum Beispiel in Pistolentachos verwendet, mit denen die Polizei die Geschwindigkeit bestimmt, mit der sich ein Auto bewegt, insbesondere solche, die mit der LIDAR-Technologie (System of Measurement and Detection of Objects by Laser).
Verweise
- Juano, A. et al. (sf). Der Doppler-Effekt und die Verschiebung zu Rot und Blau . Abgerufen von https://www.ucm.es/data/cont/docs/136-2015-01-27-El%20efecto%20Doppler.pdf
- Nunez, O (sf). Dopplereffekt: Rot- und Blauverschiebung . Wiederhergestellt von https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/4424/doppler-effect-shift-toward-red-and-blue-
- Serway, RA, Beichner, RJ, & Jewett, JW (1999). Physik: Für Wissenschaftler und Ingenieure (Saunders Golden Sunburst Series) (5. Aufl .). Philadelphia, PA: Saunders College Pub.
