اثر دوپلر وقتی مشاهده می شود که امواج نوری یا صوتی به ناظری نزدیک و یا از او دور شوند . صدای بوق خودرو مثال ساده ای از اثر دوپلر است . شخصی را در نظر بگیرید که در کنار خیابان ایستاده است و خودرویی در حال بوق زدن به طرف او می آید . وقتی خودرو به شخص نزدیک می شود، ارتفاع صدای آن به ظاهر افزایش می یابد، و صدای آن زیاد و زیادتر می شود . هنگامی که خودرو از کنار ناظر عبور می کند و از او دور می شود، اثر معکوس می شود و ارتفاع صدای بوق کم و کمتر می شود .
توضیح
تمام امواج را می توان با دو خاصیت مربوط به هم مشخص کرد : یکی طول موج شان و دیگری بسامد آنها . طول موج فاصله بین دو نقطه همسان پیاپی در موج، مثلاً فاصله بین دو قله پیاپی است . بسامد، تعداد قله های موج است که در یک ثانیه از نقطه ای می گذرند . مثلاً طول موج نور مرئی حدود 400 تا 700 نانومتر ( میلیاردُم متر ) و بسامد آنها در حدود 20 تا 20،000 هرتز است .
اثر تغییر بوق خودرو را که در بالا تعریف شد، نخستین بار در سال 1842، فیزیکدان اتریشی، کریستیان یوهان دوپلر ( 1853 - 1803 ) شرح داد ; وقتی قطاری به ایستگاه راه آهن نزدیک می شود و سوتش را به صدا در می آورد، امواج صوتی خارج شده از قطار در همه جهت ها منتشر می شوند . شخصی که سوار بر قطار است چیزی غیر عادی نخواهد شنید . آنچه او می شنود فقط صدای سوت با ارتفاع یکنواخت خواهد بود . اما شخصی که در ایستگاه است چیز متفاوتی خواهد شنید . با پیش رفتن قطار، امواج صوتی سوت نیز با آن حرکت می کنند . قطار امواج صدا را در جلوی خود دنبال و یا پر تعدادتر می کند . ناظر ایستگاه قطار، در هر ثانیه تعداد بیشتری موج، نسبت به کسی که در قطار است می شنود . تعداد بیشتر موج در ثانیه یعنی بسامد زیاد تر و در نتیجه ارتفاع بیشتر .
ناظری که قطار از کنار او گذشته است، درست تجربه ای بر عکس ناظر اول دارد . امواج صوتی که به دنبال قطار حرکت می کنند آسان تر پخش می شوند و تعداد موج هایی که ناظر دوم در هر ثانیه می شنود کمتر می شود و این یعنی بسامد کمتر ودر نتیجه شنیده شدن صدا با ارتفاع کمتر .
از این بیان چنین بر می آید که صدایی که ناظر می شنود به سرعت قطار بستگی دارد . در مثال بالا هر قدر قطار سریع تر حرکت کند، امواج صوتی در جلوی آن بیشتر جمع می شوند و امواج پشت سر آن بیشتر پخش می شوند و همین باعث شنیده شدن صدا با ارتفاع بیشتر یا کمتر خواهد شد .
اثر دوپلر در امواج نوری
دوپلر پیش بینیکرد که اثر مشاهده شده در امواج صوتی، در امواج نوری نیز رخ می دهد . این استدلال معقول به نظر می رسد، چون صوت و نور هر دو با موج منتشر می شوند . اما دوپلر هیچ راهی برای آزمون تجربی پیش بینی خود نداشت . در واقع اثر دوپلر در مورد نور تا اواخر دهه 1860 مشاهده نشد .
اثر دوپلر در صوت را از تغییر ارتفاع صدا می توان حس کرد . اما در نور ، اختلاف در بسامد به صورت تغییر رنگ جلوه می کند . مثلاً نور سرخ، بسامدی در حدود 1014×5 هرتز دارد، بسامد نور سبز در حدود 1014×6 هرتز و بسامد نور آبی در حدود 1014×7 هرتز است .
فرض کنید دانشمندی به چراغی نگاه می کند که نور سبز خالصی از آن می تابد، حال تصور کنید که چراغ به سرعت از ناظر دور شود . بر اساس اثر دوپلر، بسامد نور کاهش خواهد یافت و به جای اینکه سبز خالص باشد، بیشتر به سمت نور سرخ انتهای طیف، گرایش پیدا می کند .
کاربرد
اختر شناسان به هنگام رصد ستارگان، از مثال چراغ سبز که در بالا شرح داده شد، بهره زیادی می برند . همواره رنگ نور ستاره که در زمین دیده می شود، با رنگ حقیقی آن اندکی تفاوت دارد، چرا که تمام ستاره ها در حال حرکت اند . برای مثال وقتی اختر شناسان ستاره های کهکشان راه شیری را رصد می کنند، در می یابند که رنگ برخی از ستارگان به سمت نور آبی منتقل می شود اما گاهی در برخی از ستارگان دیگر انتقال به سمت رنگ سرخ است . ستارگانی که انتقال به آبی دارند، به طرف زمین در حرکت اند و ستارگان دارای انتقال به سرخ، از زمین دور می شوند .
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر