Doppler-effekten er et middel bølgeegenskaper (spesifikt frekvenser) påvirkes av bevegelsen til en kilde eller lytter. Bildet til høyre viser hvordan en bevegelig kilde vil forvrenge bølgene som kommer fra den, på grunn av Doppler-effekten (også kjent som Doppler-skift).
Hvis du noen gang har ventet på en jernbaneovergang og lyttet til togfløyten, har du sannsynligvis lagt merke til at tonehøyde for fløyten endres når den beveger seg i forhold til din posisjon. På samme måte endres toneleiet for en sirene når den nærmer seg og passerer deg videre på veien.
Beregning av Doppler-effekten
Vurder en situasjon der bevegelsen er orientert i en linje mellom lytteren L og kilden S, med retningen fra lytteren til kilden som den positive retningen. Hastighetene vL og vS er hastighetene til lytteren og kilden i forhold til bølgemediet (luft i dette tilfellet, som vurderes i ro). Hastigheten på lydbølgen, v, anses alltid som positivt.
Ved å bruke disse bevegelsene og hoppe over alle rotete avledninger, får vi frekvensen hørt av lytteren (fL) når det gjelder frekvensen av kilden (fS):
fL = [(v + vL)/(v + vS)] fS
Hvis lytteren er i ro, da vL = 0.
Hvis kilden er i ro, da vS = 0.
Dette betyr at hvis verken kilden eller lytteren er i bevegelse, da fL = fS, som er nøyaktig hva man kan forvente.
Hvis lytteren beveger seg mot kilden, da vL > 0, men hvis den beveger seg bort fra kilden da vL < 0.
Alternativt, hvis kilden beveger seg mot lytteren, er bevegelsen i negativ retning vS <0, men hvis kilden beveger seg bort fra lytteren da vS > 0.
Dopplereffekt og andre bølger
Doppler-effekten er i grunnen en egenskap av oppførselen til fysiske bølger, så det er ingen grunn til å tro at den bare gjelder lydbølger. Alle slags bølger ser ut til å vise Doppler-effekten.
Det samme konseptet kan ikke bare brukes på lysbølger. Dette forskyver lyset langs det elektromagnetiske lysspekteret (begge deler) synlig lys og utover), opprette en Dopplerforskyvning i lysbølger det kalles enten en rødskift eller blåskift, avhengig av om kilden og observatøren beveger seg bort fra hverandre eller mot hverandre. I 1927 astronomen Edwin Hubble observerte lyset fra fjerne galakser skiftet på en måte som stemte overens med spådommene til Doppler-skift og kunne bruke dette til å forutsi hastigheten de beveget seg bort fra Jord. Det viste seg at fjerne galakser generelt beveget seg bort fra jorden raskere enn nærliggende galakser. Denne oppdagelsen bidro til å overbevise astronomer og fysikere (inkludertAlbert Einstein) at universet faktisk ekspanderte, i stedet for å forbli statisk i all evighet, og til slutt førte disse observasjonene til utviklingen av Big Bang teorien.