אפקט הדופלר עבור גלי קול

אפקט הדופלר הוא אמצעי שבעזרתו תכונות גל (ספציפית, תדרים) מושפעים מהתנועה של מקור או מאזין. התמונה מימין ממחישה כיצד מקור נע יכול לעוות את הגלים שמגיעים ממנו, בגלל אפקט הדופלר (הידוע גם בשם משמרת דופלר).

אם אי פעם חיכית במעבר מסילת ברזל והאזנת לשריקת הרכבת, בטח שמת לב שהמגרש של המשרוקית משתנה כשהוא נע יחסית למיקומך. באופן דומה, גובה צפירה משתנה כשהוא מתקרב ואז מעביר אותך על הכביש.

שקול מצב בו התנועה מכוונת בקו בין המאזין L למקור S, כאשר הכיוון מהמאזין למקור הוא הכיוון החיובי. המהירויות v_ל ו v_ס הן מהירות המאזין והמקור ביחס למדיום הגל (אוויר במקרה זה, שנחשב במנוחה). המהירות של גל הקול, v, נחשב תמיד לחיובי.

להחיל את התנועות הללו ולדלג על כל הנגזרות המבולגנות, אנו מקבלים את התדירות שמאזין (ו_ל) מבחינת תדירות המקור (ו_ס):

ו_ל = [(v + v_ל)/(v + v_ס)] ו_ס

אם המאזין נמצא במנוחה, אז v_ל = 0.
אם המקור נמצא במנוחה, אז v_ס = 0.
משמעות הדבר היא שאם המקור ולא המאזין נעים ו_ל = ו_ס, וזה בדיוק מה שאפשר היה לצפות.

אם המאזין מתקדם לעבר המקור, אז v_ל > 0, אם כי אם הוא מתרחק מהמקור v_ל < 0.

לחילופין, אם המקור נע לכיוון המאזין התנועה היא בכיוון השלילי, כך v_ס <0, אך אם המקור מתרחק מהמאזין אז v_ס > 0.

אפקט הדופלר הוא בעיקרון מאפיין של התנהגותם של גלים פיזיים, ולכן אין סיבה להאמין שהוא חל רק על גלי קול. אכן, נראה כי כל סוג של גל מציג את אפקט הדופלר.

ניתן ליישם את אותו מושג לא רק על גלי אור. זה מסיט את האור לאורך הספקטרום האור האלקטרומגנטי (שניהם) אור נראה והלאה), יצירת א שינוי דופלר בגלי אור זה נקרא משמרת אדומה או תורן כחול, תלוי אם המקור והמתבונן מתרחקים זה מזה או לכיוון זה. בשנת 1927, האסטרונום אדווין האבל הבחין באור הגלקסיות הרחוקות שהועבר באופן שתואם את תחזיותיה של משמרת דופלר והצליחה להשתמש בזה כדי לחזות את המהירות בה הם מתרחקים מה- כדור הארץ. התברר שבאופן כללי גלקסיות מרוחקות מתרחקות מהאדמה במהירות רבה יותר מאשר גלקסיות סמוכות. תגלית זו עזרה לשכנע אסטרונומים ופיזיקאים (כוללאלברט איינשטיין) שהיקום התפשט למעשה, במקום להישאר סטטי לנצח, ובסופו של דבר תצפיות אלו הובילו להתפתחות של תאוריית המפץ הגדול.