Ефект Доплера: як рух джерел хвиль змінює їх частоту

Вступ до явища

Ефект Доплера — це явище, яке полягає у зміні частоти хвилі, яку реєструє приймач, коли джерело хвилі або приймач переміщається один відносно одного. Цей ефект отримав свою назву на честь австрійського фізика Крістіана Доплера, який у 1842 році вперше теоретично описав це явище, спостерігаючи за хвилями на воді.

Теоретичне обґрунтування і астрономічне застосування

Доплер припустив, що аналогічні явища мають місце в повітрі з іншими типами хвиль. Він зазначив, що якщо джерело світла наближається до спостерігача, спостережувана частота збільшується, а при віддаленні – зменшується. Завдяки цьому принципу, Доплер запропонував нові методи для астрономії, в тому числі для спостереження за зорями та іншими небесними тілами.

Експериментальна перевірка

У 1845 році, щоб підтвердити теорію, голландський метеоролог Христофор Бейс-Баллот організував незвичайний експеримент з використанням паровоза та двох сурмачів. Він найняв паровоз із вантажною платформою, на яку посадив двох сурмачів з проханням тримати одну й ту ж ноту. 

Паровоз рухався повз перон, де Бейс-Баллот розмістив групу музикантів із абсолютним слухом, які без музичних інструментів мали визначити зміну частоти звуку, що вони чули в залежності від відстані до джерела звуку. Також було організовано перевірку із зміною положень, де спостерігачі рухалися, а сурмачі залишались на місці.

Ці досліди тривали два дні та виявились успішними, чітко демонструючи залежність сприйнятої частоти звуку від швидкості руху джерела щодо спостерігача. 

Сучасне застосування і релятивістські корекції

З розвитком фізики і технологій, ефект Доплера знайшов широке застосування в різних галузях науки і техніки, включаючи астрономію, метеорологію та радіолокацію. У випадках, коли відносна швидкість джерела і спостерігача становить значну частку швидкості світла, використовують релятивістські корекції для опису ефекту.