Hiệu ứng Doppler có xảy ra trong ánh sáng không?

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Hiệu ứng Doppler là sự thay đổi tần số của sóng khi được cảm nhận bởi một người quan sát đang chuyển động đối với nguồn phát ra sóng . Hiệu ứng này chuyển thành tần số tăng (và giảm bước sóng) khi người quan sát đến gần nguồn (hoặc nguồn tiếp cận người quan sát) và giảm tần số khi chúng di chuyển ra xa nhau.

Chúng ta có thể thấy hiệu ứng này hàng ngày khi quan sát sự thay đổi về cao độ trong âm thanh của một chiếc ô tô đến gần chúng ta rồi rời xa chúng ta, chẳng hạn như trong cuộc đua Công thức 1. Âm thanh này cao hơn rõ rệt khi ô tô tiến về phía chúng ta so với khi ô tô tiến về phía chúng ta. nó đi qua phía trước và sau đó di chuyển ra xa.

Sự thay đổi về âm sắc mà chúng ta cảm nhận được có thể là ví dụ rõ ràng nhất về hiệu ứng Doppler trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Tuy nhiên, hiệu ứng này không chỉ áp dụng cho sóng âm thanh mà còn cho bất kỳ loại sóng nào, kể cả sóng ánh sáng. Vì lý do này, hiệu ứng Doppler có tầm quan trọng lớn trong thiên văn học và nhiều ngành khoa học khác.

Công thức hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng Doppler có thể được viết dưới dạng một cặp phương trình liên hệ giữa tần số hoặc bước sóng quan sát được với tần số hoặc bước sóng của nguồn. Ứng dụng của nó phụ thuộc vào nguồn sóng và người quan sát đang di chuyển về phía nhau hay ra xa nhau.

Khi nguồn đến gần người quan sát

Trong trường hợp này, phương trình hoặc công thức được sử dụng là:

Phương trình hiệu ứng Doppler

Trong các phương trình này, f obs biểu thị tần số mà người quan sát cảm nhận được; f nguồn là tần số mà nguồn phát ra; λ là bước sóng; v là tốc độ truyền sóng trong môi trường và v nguồn là tốc độ tương đối mà nguồn tiếp cận người quan sát.

Như có thể thấy, các phương trình dự đoán rằng tần số mà người quan sát cảm nhận được sẽ tăng lên khi tốc độ tiếp cận nguồn tăng lên, trong khi điều ngược lại xảy ra với bước sóng.

Khi nguồn dịch chuyển ra xa người quan sát

Các phương trình này tương đương với các phương trình trước, với sự khác biệt về dấu của vận tốc nguồn:

Phương trình hiệu ứng Doppler

Tất cả các biến giống như trong trường hợp trước. Các phương trình này dự đoán rằng tần số mà người quan sát cảm nhận được sẽ giảm và bước sóng sẽ tăng khi tốc độ mà nguồn lùi lại tăng lên.

dịch chuyển đỏ hoặc dịch chuyển đỏ

Ánh sáng hoạt động giống như sóng điện từ lan truyền trong chân không với tốc độ không đổi xấp xỉ 300.000 km/s. Điều quyết định màu sắc của ánh sáng là bước sóng hoặc tần số của nó. Ánh sáng khả kiến ​​có tần số cao hơn hoặc bước sóng ngắn hơn có màu giữa xanh lam và tím, trong khi ánh sáng có bước sóng dài hơn và do đó tần số thấp hơn có màu đỏ.

Khi hiệu ứng Doppler xảy ra khi chúng ta di chuyển ra xa nguồn sáng (hoặc khi nguồn sáng di chuyển ra xa chúng ta), chúng ta cảm nhận được ánh sáng đó có tần số thấp hơn tần số mà nguồn phát ra. Sự thay đổi tần số này làm cho màu của ánh sáng mà chúng ta cảm nhận được gần với màu đỏ hơn so với trước đây trong quang phổ của ánh sáng khả kiến. Vì lý do này, hiện tượng này được gọi là dịch chuyển hoặc dịch chuyển đỏ.

Hiệu ứng Doppler trong ánh sáng
Quang phổ vạch trên tương ứng với một thiên hà xa xôi đang lùi xa chúng ta. Lưu ý cách các vạch quang phổ dịch chuyển sang phải, tức là về phía đỏ, so với mặt trời của chúng ta.

Có thể thấy, dịch chuyển đỏ có liên quan rất lớn trong thiên văn học, vì việc định lượng của nó cho phép chúng ta gián tiếp xác định tốc độ mà các thiên thể khác đang di chuyển ra xa chúng ta. Điều này được thực hiện bằng cách xác định sự thay đổi tần số trong các vạch hấp thụ nguyên tử của ánh sáng từ các ngôi sao và tinh vân ở xa.

Cần lưu ý rằng thực tế nó được gọi là dịch chuyển đỏ không có nghĩa là bản thân ánh sáng có màu đỏ, mà là tần số của nó dịch chuyển theo hướng hoặc nghĩa mà tần số của màu đỏ được tìm thấy trong phổ điện từ.

Dịch chuyển màu xanh hoặc dịch chuyển

Blueshift là hiệu ứng ngược lại của dịch chuyển đỏ: nó đề cập đến sự gia tăng tần số của sóng ánh sáng hoặc sóng điện từ phát ra từ một nguồn đang đến gần chúng ta hơn.

Ví dụ, hiệu ứng dịch chuyển hoặc chuyển sang màu xanh lam được sử dụng trong máy đo tốc độ súng lục mà cảnh sát sử dụng để xác định tốc độ ô tô đang di chuyển, đặc biệt là những máy hoạt động với công nghệ LIDAR (hệ thống đo lường và phát hiện vật thể bằng laze).

Súng radar dựa trên hiệu ứng Doppler

Người giới thiệu

-Quảng cáo-

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados