Het Doppler-effect voor geluidsgolven

Dane Wirtzfeld, Getty Images

Het Doppler-effect is een middel waarmee: golfeigenschappen (met name frequenties) worden beïnvloed door de beweging van een bron of luisteraar. De afbeelding rechts laat zien hoe een bewegende bron de golven die eruit komen, zou vervormen als gevolg van het Doppler-effect (ook bekend als Doppler shift ).

Als je ooit bij een spoorwegovergang hebt gewacht en naar het treinfluitje hebt geluisterd, heb je waarschijnlijk gemerkt dat de toonhoogte van het fluitje verandert als het beweegt ten opzichte van je positie. Op dezelfde manier verandert de toonhoogte van een sirene wanneer deze nadert en u vervolgens op de weg passeert.

Het Doppler-effect berekenen

Beschouw een situatie waarin de beweging is georiënteerd in een lijn tussen de luisteraar L en de bron S, met de richting van de luisteraar naar de bron als de positieve richting. de snelheden in_L en in_S zijn de snelheden van de luisteraar en de bron ten opzichte van het golfmedium (in dit geval lucht, die in rust wordt beschouwd). De snelheid van de geluidsgolf, in , wordt altijd als positief beschouwd.

Door deze bewegingen toe te passen en alle rommelige afleidingen over te slaan, krijgen we de frequentie die door de luisteraar wordt gehoord ( f_L ) in termen van de frequentie van de bron ( f_S ):

f_L = [( in + in_L )/( in + in_S )] f_S

Als de luisteraar in rust is, dan in_L = 0.
Als de bron in rust is, dan in_S = 0.
Dit betekent dat als noch de bron noch de luisteraar bewegen, dan f_L = f_S , dat is precies wat men zou verwachten.

Als de luisteraar naar de bron beweegt, dan: in_L > 0, maar als het zich van de bron verwijdert, dan in_L <0.

Als alternatief, als de bron naar de luisteraar toe beweegt, is de beweging in de negatieve richting, dus in_S <0, but if the source is moving away from the listener then in_S > 0.

Doppler-effect en andere golven

Het Doppler-effect is fundamenteel een eigenschap van het gedrag van fysieke golven, dus er is geen reden om aan te nemen dat het alleen van toepassing is op geluidsgolven. Inderdaad, elke soort golf lijkt het Doppler-effect te vertonen.

Ditzelfde concept kan niet alleen worden toegepast op lichtgolven. Dit verschuift het licht langs het elektromagnetische spectrum van licht (beide zichtbaar licht en verder), het creëren van een Dopplerverschuiving in lichtgolven dat wordt een roodverschuiving of blauwverschuiving genoemd, afhankelijk van of de bron en waarnemer van elkaar of naar elkaar toe bewegen. In 1927 deed de astronoom Edwin Hubble observeerde dat het licht van verre sterrenstelsels verschoof op een manier die overeenkwam met de voorspellingen van de Doppler-verschuiving en was in staat om dat te gebruiken om de snelheid te voorspellen waarmee ze zich van de aarde verwijderden. Het bleek dat verre sterrenstelsels over het algemeen sneller van de aarde verwijderden dan nabije sterrenstelsels. Deze ontdekking hielp astronomen en natuurkundigen (waaronder ​ Albert Einstein ) dat het universum feitelijk uitdijde, in plaats van voor eeuwig statisch te blijven, en uiteindelijk leidden deze waarnemingen tot de ontwikkeling van de oerknaltheorie .