Эффект Доплера является средством, с помощью которого волновые свойства (в частности, частоты) зависит от движения источника или слушателя. На рисунке справа показано, как движущийся источник будет искажать приходящие от него волны из-за эффекта Доплера (также известного как Доплеровский сдвиг).
Если вы когда-нибудь ждали на железнодорожном переезде и слушали свисток поезда, вы, вероятно, заметили, что высота свистка меняется по мере его перемещения относительно вашей позиции. Точно так же высота сирены меняется по мере приближения, а затем обгоняет вас по дороге.
Расчет эффекта Доплера
Рассмотрим ситуацию, когда движение ориентировано по линии между слушателем L и источником S с положительным направлением от слушателя к источнику. Скорости vL и vS скорости слушателя и источника относительно волновой среды (в данном случае воздух, который рассматривается в состоянии покоя). Скорость звуковой волны, vвсегда считается положительным.
Применяя эти движения и пропуская все грязные выводы, мы получаем частоту, которую слушатель слышит (еL) с точки зрения частоты источника (еS):
еL = [(v + vL)/(v + vS)] еS
Если слушатель в покое, то vL = 0.
Если источник в покое, то vS = 0.
Это означает, что если ни источник, ни слушатель не движутся, то еL = еS, что именно то, что и следовало ожидать.
Если слушатель движется к источнику, то vL > 0, хотя если он удаляется от источника, то vL < 0.
С другой стороны, если источник движется к слушателю, движение идет в отрицательном направлении, поэтому vS <0, но если источник удаляется от слушателя, vS > 0.
Эффект Доплера и другие волны
Эффект Доплера является в основном свойством поведения физических волн, поэтому нет оснований полагать, что он применим только к звуковым волнам. Действительно, любая волна может показывать эффект Доплера.
Эту же концепцию можно применять не только к световым волнам. Это смещает свет вдоль электромагнитного спектра света (оба видимый свет и далее), создавая Доплеровский сдвиг в световых волнах это называется красным смещением или синим смещением, в зависимости от того, движутся ли источник и наблюдатель друг от друга или навстречу друг другу. В 1927 году астроном Эдвин Хаббл наблюдал свет от далеких галактик, смещенных таким образом, который соответствовал предсказаниям Доплеровский сдвиг и смог использовать это, чтобы предсказать скорость, с которой они удалялись от Земной шар. Оказалось, что в целом далекие галактики удаляются от Земли быстрее, чем близлежащие галактики. Это открытие помогло убедить астрономов и физиков (в том числеАльберт Эйнштейн) что вселенная фактически расширялась, а не оставалась статичной вечность, и в конечном итоге эти наблюдения привели к развитию теория большого взрыва.