Επιλύθηκαν προβλήματα με το φαινόμενο Doppler

Το φαινόμενο Doppler είναι ένα συναρπαστικό φαινόμενο που παρατηρείται στη διάδοση των κυμάτων. Ασχολείται με τη φαινομενική παραμόρφωση που συμβαίνει στη διάδοση των κυμάτων όταν η πηγή ή ο παρατηρητής του κύματος βρίσκονται σε σχετική κίνηση.

Σύμφωνα με το φαινόμενο Doppler, η συχνότητα ενός κύματος υφίσταται μια φαινομενική αλλαγή όταν φεύγει από την πηγή και λαμβάνεται από έναν παρατηρητή, καθώς υπάρχει μη μηδενική σχετική κίνηση μεταξύ της πηγής του κύματος και του παρατηρητή.

Ο βασικός μηχανισμός του φαινομένου Doppler υποδηλώνει ότι το βήμα ή η συχνότητα του κύματος αλλάζει καθώς αλλάζει η απόσταση μεταξύ του παρατηρητή και της πηγής. Όταν η απόσταση που χωρίζει τον παρατηρητή από την πηγή αυξάνεται, το βήμα ή η συχνότητα μειώνεται. Ενώ, όταν η απόσταση που χωρίζει τον παρατηρητή από την πηγή μειώνεται, το βήμα ή η συχνότητα αυξάνεται.

Τύπος για το φαινόμενο Doppler

Το φαινόμενο Doppler παρατηρείται κυρίως σε δύο τύπους κυμάτων, τα ηχητικά κύματα και τα κύματα φωτός. Στην περίπτωση των ηχητικών κυμάτων περιλαμβάνει την αλλαγή στο ύψος με το οποίο ακούγεται ο ήχος. Αλλά στην περίπτωση του φωτός, η συχνότητα αλλάζει. επομένως το μήκος κύματος του φωτός αλλάζει. Αυτό σημαίνει ότι αλλάζει και το χρώμα του φωτός.

Οι διαφορετικοί τύποι για το φαινόμενο Doppler για όλες τις πιθανές περιπτώσεις μπορούν να δηλωθούν ως εξής:

Σε όλους αυτούς τους τύπους:

f =φαινομενική συχνότητα

fo=αρχική συχνότητα του κύματος

v =ταχύτητα του κύματος στο μέσο

vo=ταχύτητα του παρατηρητή

vs =ταχύτητα της πηγής

Επιλύθηκαν προβλήματα με το φαινόμενο Doppler

Ας λύσουμε μερικά προβλήματα που σχετίζονται με το φαινόμενο Doppler για να κατανοήσουμε τους τύπους και τις επιπτώσεις τους.

Ε. Ένας παρατηρητής στέκεται σε έναν σιδηροδρομικό σταθμό. Ένα τρένο φτάνει στο σταθμό με ταχύτητα 10 m/s. Το τρένο έχει μια κόρνα που εκπέμπει ήχο συχνότητας 230 Hz. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο παρατηρητής είναι ακίνητος, ποια θα είναι η φαινομενική συχνότητα του ήχου στον παρατηρητή;

Απ.:Ο παρατηρητής είναι ακίνητος. επομένως μπορούμε να πούμε ότι το vo ισούται με 0 m/s. Δεδομένου ότι η αμαξοστοιχία είναι η πηγή του ήχου, η ταχύτητα της πηγής έναντι της πηγής είναι ίση με 10 m/s.

Η αρχική συχνότητα του ήχου που παράγεται από το τρένο δίνεται στα 230 Hz.

Επομένως,

Τώρα, επειδή ο παρατηρητής είναι ακίνητος και η πηγή κινείται προς τον παρατηρητή επειδή το τρένο φτάνει στο σταθμό, η φαινομενική συχνότητα μπορεί να υπολογιστεί ως:

Η συχνότητα του ήχου αυξάνεται αφού η πηγή κινείται προς τον παρατηρητή.

Ε. Ένα αστέρι σε ένα μακρινό σύστημα παράγει φως μήκους κύματος 7000 Å. Το αστέρι απομακρύνεται από τη Γη με ταχύτητα 10 km/s. Ποια είναι η μετατόπιση που παρατηρείται στο μήκος κύματος του φωτός που εκπέμπεται από το αστέρι;

Απ.:Το μήκος κύματος του φωτός που εκπέμπεται από το αστέρι δίνεται ως:

Δεδομένου ότι η πηγή απομακρύνεται από τον παρατηρητή που είναι η Γη και η Γη είναι ακίνητη σε σχέση με το αστέρι, το φαινόμενο μήκος κύματος του φωτός μπορεί να υπολογιστεί ως:

Η σημασία του προβλήματος των φαινομένων Doppler λύθηκε 

Η κατανόηση του τρόπου επίλυσης των προβλημάτων του φαινομένου Doppler είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση διαφόρων φαινομένων που παρατηρούνται στη φύση. Το φως που συλλαμβάνεται από τα τεράστια τηλεσκόπια από το διάστημα εμφανίζει το φαινόμενο Doppler και για να κατανοήσουμε την πηγή του, πρέπει να μπορούμε να εξαλείψουμε τη φαινομενική μετατόπιση λόγω του φαινομένου Doppler. Ομοίως, τα ηχητικά κύματα που λαμβάνονται σε μεγάλες αποστάσεις από πηγές σε κίνηση είναι επίσης παραμορφωμένα. Για να το αναλύσουμε αυτό, πρέπει να ληφθεί υπόψη η μετατόπιση λόγω του φαινομένου Doppler.

Συμπέρασμα 

Το φαινόμενο Doppler είναι ένα ενδιαφέρον φαινόμενο που παρατηρείται στη διάδοση των κυμάτων. Ασχολείται με τη φαινομενική παραμόρφωση που συμβαίνει στη διάδοση των κυμάτων όταν η πηγή ή ο παρατηρητής του κύματος βρίσκονται σε σχετική κίνηση.

Το φαινόμενο Doppler παρατηρείται κυρίως σε δύο τύπους κυμάτων, τα ηχητικά κύματα και τα κύματα φωτός. Στην περίπτωση των ηχητικών κυμάτων, περιλαμβάνει την αλλαγή στο ύψος με το οποίο ακούγεται ο ήχος. Αλλά στην περίπτωση του φωτός, η συχνότητα αλλάζει. επομένως, το μήκος κύματος του φωτός αλλάζει. Αυτό σημαίνει ότι αλλάζει και το χρώμα του φωτός.

Η κατανόηση του τρόπου επίλυσης των προβλημάτων του φαινομένου Doppler είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση διαφόρων φαινομένων που παρατηρούνται στη φύση.