Doppler-effekten är ett sätt på vilket vågegenskaper (specifikt frekvenser) påverkas av rörelsen hos en källa eller lyssnar. Bilden till höger visar hur en rörlig källa skulle snedvrida vågorna som kommer från den på grund av Doppler-effekten (även känd som Dopplerskift).
Om du någonsin har väntat på en järnvägskorsning och lyssnat på tågflödet, har du antagligen lagt märke till att visslingens tonhöjd ändras när den rör sig relativt din position. På samma sätt förändras tonhöjden för en sirene när den närmar sig och sedan passerar dig på vägen.
Beräkna Doppler-effekten
Tänk på en situation där rörelsen är orienterad i en linje mellan lyssnaren L och källan S, med riktningen från lyssnaren till källan som den positiva riktningen. Hastigheterna vL och vS är lyssnarens och källans hastigheter relativt vågmediet (luft i detta fall, som betraktas som vila). Ljudvågens hastighet, v, anses alltid vara positivt.
Tillämpar dessa rörelser och hoppar över alla röriga härledningar får vi frekvensen hört av lyssnaren (fL) i termer av källans frekvens (fS):
fL = [(v + vL)/(v + vS)] fS
Om lyssnaren är i vila, då vL = 0.
Om källan är i vila, då vS = 0.
Detta innebär att om varken källan eller lyssnaren rör sig fL = fS, vilket är exakt vad man kan förvänta sig.
Om lyssnaren rör sig mot källan, då vL > 0, men om det rör sig bort från källan då vL < 0.
Alternativt, om källan rör sig mot lyssnaren är rörelsen i negativ riktning vS <0, men om källan rör sig bort från lyssnaren då vS > 0.
Dopplereffekt och andra vågor
Doppler-effekten är i grunden en egenskap av fysiska vågornas beteende, så det finns ingen anledning att tro att den bara gäller ljudvågor. I själva verket verkar någon form av våg visa Doppler-effekten.
Samma koncept kan inte bara tillämpas på ljusvågor. Detta förskjuter ljuset längs det elektromagnetiska ljusspektrumet (båda synligt ljus och bortom), skapa en Dopplerförskjutning i ljusvågor det kallas antingen en rödskift eller blåskift, beroende på om källan och observatören rör sig från varandra eller mot varandra. 1927 astronomen Edwin Hubble observerade ljuset från avlägsna galaxer skiftade på ett sätt som matchade prognoserna för Doppler-skift och kunde använda det för att förutsäga hastigheten med vilken de rör sig bort från Jorden. Det visade sig att avlägsna galaxer i allmänhet rörde sig bort från jorden snabbare än närliggande galaxer. Denna upptäckt hjälpte till att övertyga astronomer och fysiker (inklusiveAlbert Einstein) att universum faktiskt expanderade istället för att förbli statiskt i all evighet, och i slutändan ledde dessa observationer till utvecklingen av Big Bang teorin.