Ефект Доплера — суть, формула, застосування явища

Ефект Доплера – це явище фізики, що пов’язане зі зміною основних характеристик хвиль.

До них відносяться довжина, що позначає відстань між найближчими точками, і частота, що дорівнює числу коливань за секунду.

Коротко про автора фізичного явища

Крістіан Доплер – це австрійський фізик, астроном і математик. Він займався дослідженнями в області оптики і акустики. Брав участь у створенні далекоміра, що визначає відстані до предметів. Цей прилад дуже цінний в геодезії та використовується при фотографуванні.

Допплер вивчав мікроскопи, теорію кольорів. Він спостерігав за рухом хвиль на воді і зробив припущення, що подібним закономірностям підкоряються зміни і в повітрі. Вчений спирався на теорію, яка доводить, що світло впливає на сприйняття кольорів.

Світло являє собою електромагнітну хвилю, від довжини якої залежать видимі людиною тони і відтінки. Це допомогло йому зробити відкриття про те, що близьке знаходження біля джерела світла призводить до збільшення частоти хвилі. Відповідно, при віддаленні частота зменшується.

Що таке ефект Доплера простими словами

Ефект Доплера говорить про те, що хвильові характеристики змінюються при русі джерела їх поширення відносно спостерігача. Або навпаки, коли рухається приймач.

Головне, виключити стан спокою, він діє тільки в мінливому середовищі.

Будь-яка хвиля має довжину або відстань між гребенями. При наближенні до джерела її поширення потрібно менше часу, щоб дістатися до спостерігача.

Іншими словами, довжина її зменшується або за секунду пройде більше піків. Саме через це збільшується частота. Вона визначається за простою формулою, що являє собою відношення швидкості хвилі до її довжині.

Якщо перекласти теорію на звук, то віддалення від місця його поширення призводить до зменшення його сили, він стає тихішим. Наближення ж викликає збільшення гучності, що також пов’язано зі зміною частоти звукової хвилі.

Австрійський вчений пов’язав акустичні та оптичні явища. Природа хвиль не змінюється. Це твердження призвело до більш широкого застосування відкритого методу.

Ефект Доплера можна пояснити і електромагнітними хвилями, різні довжини яких змушують бачити відмінні один від одного кольори:

• при наближенні до джерела спектр зміщується до фіолетового відтінку, який викликають короткі хвилі;
• при знаходженні на далекій відстані чітко видно червоний колір, що відрізняється більшою довжиною хвилі.

Можна розглянути як приклад рух машини з включеним проблисковим маячком. Зазвичай зміна його кольору не помітна. Хоча автомобіль спочатку наближається, а потім видаляється. Але якби він рухався зі швидкістю, наближеною до швидкості світла, то спектр миготливої лампочки при близькому знаходженні до спостерігача змістився б в синю сторону, а при віддаленні став би червоним.

Зараз існує зворотний ефект Доплера, що працює на основі штучно створеного матеріалу. Це кристал, що володіє негативним коефіцієнтом заломлення і виконує роль призми. Коли світло проходить через нього, при зменшенні відстані він зміщується до червоного спектру, а при віддаленні – наближається до синього.

Застосування ефекту Доплера

Саме завдяки ефекту Доплера вдалося зробити відкриття про те, що Всесвіт розширюється. Це також пояснюють різні відтінки, що сприймаються при зміні довжини хвилі.

Спектри галактик характеризуються червоним кольором, це свідчить про віддалення. Подібне відкриття призвело до створення закону Хаббла, який встановив прямий взаємозв’язок між червоним зміщенням галактик і відстанню до них.

Також відкриття Доплера допомогло виявити ряд планет, що знаходяться за межами Сонячної системи.

Доплерівські радари вимірюють швидкості різних об’єктів. Від них відбиваються послані приладом сигнали і по їх частоті можна визначити, де розташувався предмет. Так визначають швидкість автомобілів, кораблів, навіть стежать за хмарами в небі і вимірюють силу вітру. Значення відкриття для радіолокації переоцінити неможливо.

Ефект Доплера допомагає зафіксувати рух в приміщенні або біля автомобіля, що активно використовується для створення охоронних сигналізацій. Зміна частоти хвиль призводить до запуску приладів, завдання яких – гучними звуками оповістити про небажане вторгнення.

Метод, заснований на відкритті Доплера, має значення і в медицині. Проводяться важливі дослідження, засновані на зсуві частоти хвиль:

• визначається швидкість кровотоку, оцінюється рух серцевих стінок і клапанів, що необхідно для ехокардіограми;
• проводиться сканування судин голови, шиї, кінцівок, вимірюється товщина їх стінок, з’ясовується наявність або відсутність тромбів;
• відстежується хід вагітності.

Ефект Доплера, що пояснює залежність між характеристикою хвиль і відстанню до них, знайшов широке застосування в житті.

Він:

• дозволяє проводити астрологічні дослідження;
• полегшує життя;
• забезпечуючи людей охоронними приладами;
• вносить величезний внесок в діагностичну медицину.