光源と観測者が相対的に移動している場合、観測者によって観測される周波数 (fa) は、光源によって生成される実際の周波数 (f0) とは異なります。これは、物理学におけるドップラー効果の定義です。ここで、波の発生源が観測者に向かって移動している場合、波の周波数は上向きにシフトします。
ソースが遠ざかっているオブザーバーに関しては。対照的に、観測者から離れて移動するソースによって放出された波は引き伸ばされます。救急車のサイレンが通り過ぎるときの急降下音や赤信号の変化は、ドップラー効果の一般的な例です。
天文学では、その源は電磁波を放出する星である可能性があります。私たちの視点から見ると、ドップラー効果は、星が重心の周りを周回し、地球に近づいたり遠ざかったりするときに発生します。これらの波長シフトは、光の中で放たれる虹色であるスペクトルの単純な変化として見ることができます。星が近づいてくると、その波長は平坦になり、スペクトルはわずかに青くなります。星が私たちから遠ざかると、そのスペクトルはわずかに赤くなります。
惑星科学者は、高度に革新されたプリズムのような機器である分光器を使用して、経時的な赤と青の変化を観察します。スペクトログラフは充電光波を異なる色に分離します。
すべての星の外層では、一部の原子が特定の波長の光を吸収します。この吸収は、星から発せられる光から記録された星のスペクトルのさまざまな色に暗い線として現れます。研究者は、ドップラー効果の大きさを測定するための適合マーカーとしてこれらの線の変化を使用します。
ドップラー効果の一般式は次のとおりです。
F =(c ±vr / c ±vs) fo
どこで、
c =媒質中の波の伝搬速度;
vr =メディアに対するレシーバーの速度。レシーバーがソースに向かって移動している場合は +c、レシーバーが遠ざかっている場合は -c。
vc =メディアに対するソースの速度。ソースが遠ざかる場合は +c、ソースがレシーバーに向かって移動する場合は -c。
主なドップラー効果方程式があります。ただし、この方程式はさまざまな状況で変化する可能性があります。観測者の速度または音源に応じて調整または変更されます。
ドップラー効果が観測される理由
ドップラー効果が発生する主な理由は、観測者に向かって移動する波源です。発生源から形成されたそれぞれの新しい波頭は、観測者に近い場所から放出されます。したがって、発生源が近づくにつれて、波が観測者に到達するまでの時間が短縮されるか、新しい波の山が到着するまでの時間が短縮されます。
これにより、周波数がさらに増加します。同様に、波の発生源が遠ざかると、波はより離れた場所から放射されるため、新しい波の到着時間が長くなります。これにより、頻度が減少します。
ドップラー効果の利用
- 天文学
- レーダー
- サイレン
- サテライト
- オーディオ
- 振動測定
- 医用画像と血流管理
結論
私たちは皆、ドップラー効果を経験しています。例えば、あなたが道路の角に立っていて、サイレンを鳴らしながら救急車が近づいてきた場合、サイレンの音は近づくにつれて徐々にピッチを上げていきます。ドップラー効果は、波の発生源が観測者に対して移動しているときに観測される波の周波数の変化として定義されます。音と電磁波 (光波を含む) の両方で発生するドップラー効果には、いくつかの用途があります。
天文学者は、たとえば、地球に対する星の動きを測定するためにそれを使用します。身近なところでは、ドップラー効果に関連する原理がレーダー技術に応用されています。ドップラー レーダーは気象パターンに関する情報を提供しますが、警察官が切符を書く前に運転速度を測定するために使用する場合など、不快感を覚える人もいます。
