Der Doppler-Effekt für Schallwellen

Der Doppler-Effekt ist ein Mittel, mit dem Welleneigenschaften (insbesondere Frequenzen) werden durch die Bewegung einer Quelle oder eines Hörers beeinflusst. Das Bild rechts zeigt, wie eine sich bewegende Quelle die von ihr kommenden Wellen aufgrund des Doppler-Effekts (auch bekannt als) verzerren würde Doppler-Verschiebung).

Wenn Sie jemals an einem Bahnübergang gewartet und das Pfeifen des Zuges gehört haben, haben Sie wahrscheinlich bemerkt, dass sich die Tonhöhe der Pfeife ändert, wenn sie sich relativ zu Ihrer Position bewegt. Ebenso ändert sich die Tonhöhe einer Sirene, wenn sie sich nähert und Sie dann auf der Straße passiert.

Stellen Sie sich eine Situation vor, in der die Bewegung in einer Linie zwischen dem Hörer L und der Quelle S ausgerichtet ist, wobei die Richtung vom Hörer zur Quelle die positive Richtung ist. Die Geschwindigkeiten v_L. und v_S. sind die Geschwindigkeiten des Hörers und der Quelle relativ zum Wellenmedium (in diesem Fall Luft, die in Ruhe betrachtet wird). Die Geschwindigkeit der Schallwelle,

Wenn wir diese Bewegungen anwenden und alle unordentlichen Ableitungen überspringen, erhalten wir die Frequenz, die der Hörer hört (f_L.) in Bezug auf die Frequenz der Quelle (f_S.):

f_L. = [(v + v_L.)/(v + v_S.)] f_S.

Wenn der Hörer in Ruhe ist, dann v_L. = 0.
Wenn die Quelle in Ruhe ist, dann v_S. = 0.
Dies bedeutet, dass sich weder die Quelle noch der Hörer bewegen f_L. = f_S., genau das würde man erwarten.

Wenn sich der Hörer in Richtung der Quelle bewegt, dann v_L. > 0, wenn es sich dann von der Quelle entfernt v_L. < 0.

Wenn sich die Quelle in Richtung des Hörers bewegt, erfolgt die Bewegung alternativ in negativer Richtung v_S. <0, aber wenn sich die Quelle vom Listener entfernt, dann v_S. > 0.

Der Doppler-Effekt ist grundsätzlich eine Eigenschaft des Verhaltens physikalischer Wellen, daher gibt es keinen Grund zu der Annahme, dass er nur für Schallwellen gilt. In der Tat scheint jede Art von Welle den Doppler-Effekt zu zeigen.

Das gleiche Konzept kann nicht nur auf Lichtwellen angewendet werden. Dies verschiebt das Licht entlang des elektromagnetischen Lichtspektrums (beide) sichtbares Licht und darüber hinaus), Schaffung eines Dopplerverschiebung in Lichtwellen Dies wird entweder als Rotverschiebung oder als Blauverschiebung bezeichnet, je nachdem, ob sich Quelle und Beobachter voneinander oder aufeinander zu bewegen. Im Jahr 1927 der Astronom Edwin Hubble beobachtete, wie sich das Licht entfernter Galaxien in einer Weise verschob, die den Vorhersagen der Galaxien entsprach Doppler-Verschiebung und konnte damit die Geschwindigkeit vorhersagen, mit der sie sich von der Erde. Es stellte sich heraus, dass sich entfernte Galaxien im Allgemeinen schneller von der Erde entfernten als nahegelegene Galaxien. Diese Entdeckung hat dazu beigetragen, Astronomen und Physiker (einschließlich) zu überzeugenAlbert Einstein) dass sich das Universum tatsächlich ausdehnte, anstatt für alle Ewigkeit statisch zu bleiben, und letztendlich führten diese Beobachtungen zur Entwicklung des Urknalltheorie.