Vet du hva Doppler-effekten er?

Hvis du er en fan av The Big Bang Theory og ikke går glipp av en episode, husker du kanskje da Sheldon kledde seg i Doppler Effect for å delta på et kostymefest arrangert av Penny. Nerden prøvde til og med å forklare blondinen hva antrekket mente, og sa at det var "en tilsynelatende endring i frekvensen av en bølge forårsaket av den relative bevegelsen mellom bølgekilden og observatøren, " men fikk du forklaringen?

Bildekilde : Avspilling / Quo.es

Denne nysgjerrige effekten ble først beskrevet av den østerrikske fysikeren Christian Johann Doppler - derav navnet på fenomenet - og er relatert til hvordan en stasjonær observatør oppfatter hyppigheten av en lyd som sendes ut av en bevegelig kilde. Som du vet, produseres lydbølger av vibrasjoner av en kropp, og tonen til en bestemt lyd avhenger av hvor mange ganger kroppen vibrerer i sekundet.

Så raskere vibrasjonen, desto høyere - eller skingrende - vil lyden bli produsert. Derimot, jo saktere vibrasjonen er, jo lavere (eller lavere) blir lyden. For å forstå Doppler-effekten er det imidlertid også nødvendig å forstå hvordan bølger oppfører seg når den utsendende kilden er i bevegelse.

Når et objekt som avgir lydbølger er statisk, skjer forplantning således symmetrisk, og beveger seg bort fra kilden med konstant hastighet og uten merkbare variasjoner i lydfrekvensen.

Bildekilde: Reproduksjon / Daniel A. Russell

Når objektet som sender ut lydbølger beveger seg i en viss retning, komprimerer det imidlertid luften rett foran deg. På denne måten akkumuleres lydbølger som sendes ut av et bevegelig legeme foran objektet, noe som gjør at frekvensen av lyd blir oppfattet som høyere foran enn bak.

Bildekilde: Reproduksjon / Daniel A. Russell

Ambulââââaaaaaa ...

Tenk deg at en ambulanse nærmer deg. Når kjøretøyet kommer nærmere, oppfatter vi lyden av sirenen som sterkere. Like etter at ambulansen har passert, blir tonen imidlertid mer alvorlig og lav. Det samme er tilfelle med biler som går forbi oss som fester hornene sine. Dette er Doppler-effekten!

Når ambulansen nå nærmer seg en "lytter", blir lydbølgene mer komprimerte foran på bilen, noe som får sirens lydfrekvens til å øke. Og når ambulansen går forbi observatøren, sprer lydbølgene seg, noe som får lytteren til å merke et fall i sirenehyppigheten. Se videoen nedenfor, produsert av Robert Krampf, for å forstå dette fenomenet bedre:

Supersonic fly

Men hva med når lydkilden kjører i hastigheter nær lyden, 340 meter per sekund? Tenk for eksempel på et supersonisk plan. Bølgene vil være konsentrert i nesen til flyet, på samme punkt, og danne en trykkbarriere som til og med kan ødelegge flyet.

Bildekilde: Reproduksjon / Daniel A. Russell

Når objektet krysser lydbarrieren - eller supersonisk hastighet - inne i flyet, vil ingenting annet bli hørt når bølgene vil bli igjen. Selv ikke inne i kupeen vil det være mulig å høre lyden fra luften eller motorene, bare de vanlige lydene fra mannskapet, ettersom lyden fra pilotens stemmer ikke påvirkes av flyets hastighet.

En stasjonær observatør vil imidlertid merke en kraftig krasj akkurat når flyet krysser denne trykkbarrieren, konsentrert i nesen til flyet. Denne manøvren er forbudt i nærheten av byer og bygninger, da den forårsaker en sterk sjokkbølge som kan knuse glass og forårsake mindre strukturelle skader på bygninger.

Bildekilde: Reproduksjon / Daniel A. Russell

Nysgjerrigheter rundt Doppler-effekten

Men hvis du tror Doppler-effekten bare er for å forklare hvordan ambulansesirener blir mindre irriterende etter at de passerer oss, eller for å bli morsomme kostymer, beklager vi at du vet at du tar feil! Sjekk det ut:

  • Det er værradarer som er avhengige av Doppler Effect for å spå vær ved å måle elektromagnetiske bølger;
  • Astronomer er avhengige av dette fenomenet, etter å ha observert avviket i lysfrekvens, oppdage nye binære planeter og stjerner og til og med måle hastigheten til andre himmellegemer i kosmos;
  • Ekkokardiogrammer kombinerer ultralyd og Doppler-effekten for å la kardiologer visualisere strukturer i hjertet.