معلومات

تأثير دوبلر لموجات الصوت

تأثير دوبلر لموجات الصوت

تأثير Doppler هو وسيلة تتأثر بها خصائص الموجة (خاصة الترددات) بحركة مصدر أو مستمع. توضح الصورة الموجودة على اليمين كيف يمكن لمصدر متحرك أن يشوه الأمواج القادمة منه ، بسبب تأثير دوبلر (المعروف أيضًا باسم التحول دوبلر).

إذا كنت تنتظر من أي وقت مضى عند معبر للسكك الحديدية واستمع إلى صفارة القطار ، فمن المحتمل أن تكون قد لاحظت أن درجة صفارة الحكم تتغير مع تحركها بالنسبة لموقعك. وبالمثل ، تتغير درجة صفارة الإنذار مع اقترابها ثم تمر بك على الطريق.

حساب تأثير دوبلر

فكر في موقف تكون فيه الحركة موجهة في خط بين المستمع L والمصدر S ، مع الاتجاه من المستمع إلى المصدر باعتباره الاتجاه الإيجابي. السرعات الخامسL و الخامسS هي سرعات المستمع والمصدر بالنسبة لمتوسط ​​الموجة (الهواء في هذه الحالة ، والذي يعتبر في بقية). سرعة الموجة الصوتية ، الخامس، تعتبر دائما إيجابية.

بتطبيق هذه الحركات وتخطي جميع الاشتقاقات الفوضوية ، نحصل على التردد الذي يسمعه المستمع (FL) من حيث تواتر المصدر (FS):

FL = (الخامس + الخامسL)/(الخامس + الخامسS) FS

إذا كان المستمع في حالة راحة ، إذن الخامسL = 0.
إذا كان المصدر في حالة راحة ، إذن الخامسS = 0.
هذا يعني أنه إذا لم يتحرك المصدر أو المستمع ، إذن FL = FSوهو بالضبط ما يتوقعه المرء.

إذا كان المستمع يتحرك نحو المصدر ، إذن الخامسL > 0 ، على الرغم من أنها تتحرك بعيدًا عن المصدر الخامسL < 0.

بالتناوب ، إذا كان المصدر يتحرك نحو المستمع ، فستكون الحركة في الاتجاه السلبي ، لذلك الخامسS <0 ، ولكن إذا كان المصدر يتحرك بعيدًا عن المستمع بعد ذلك الخامسS > 0.

تأثير دوبلر والأمواج الأخرى

تأثير دوبلر هو في الأساس خاصية لسلوك الموجات المادية ، لذلك ليس هناك سبب للاعتقاد بأنه ينطبق فقط على الموجات الصوتية. في الواقع ، يبدو أن أي نوع من الموجة يظهر تأثير دوبلر.

هذا المفهوم نفسه يمكن تطبيقه ليس فقط على موجات الضوء. يعمل هذا على تحريك الضوء على طول الطيف الكهرومغناطيسي للضوء (كل من الضوء المرئي وما بعده) ، مما يؤدي إلى حدوث تحول دوبلر في موجات الضوء التي تسمى إما انزياح أحمر أو blueshift ، اعتمادًا على ما إذا كان المصدر والمراقب يتحركان بعيدًا عن بعضهما البعض أو تجاه كل منهما آخر. في عام 1927 ، لاحظ الفلكي إدوين هابل أن الضوء من المجرات البعيدة تحول بطريقة تتوافق مع تنبؤات تحول دوبلر وكان قادرا على استخدام ذلك للتنبؤ بالسرعة التي كانوا يتحركون بها بعيدا عن الأرض. اتضح أن المجرات البعيدة كانت عمومًا تتحرك بعيدًا عن الأرض بسرعة أكبر من المجرات القريبة. ساعد هذا الاكتشاف في إقناع علماء الفلك والفيزيائيين (بما في ذلك ألبرت أينشتاين) بأن الكون كان يتوسع فعليًا ، بدلاً من أن يبقى ثابتًا إلى الأبد ، وأدت هذه الملاحظات في النهاية إلى تطور نظرية الانفجار الكبير.