Dopplereffekten

Dopplereffekten er endring i bølgjelengda (og difor frekvensen) til ei bølgje når kjelda er i rørsle i høve til ein observatør.

Christian Doppler analyserte denne effekten 1842 i ein monograf.^[1] Hypotesen vart fyrst testa ut for lydbølgjer av den nederlandske vitskapsmannen Ballot i 1845. Han nytta eit jernbanetog og fleire hornblåsarar for å vise at tonehøgda var høgare når hornet nærma seg lyttaren og lågare når det fjerna seg. Fizeau oppdaga det same fenomenet hos elektromagnetiske bølgjer i 1848, uavhengig av Doppler og Ballot. I Frankrike blir effekten stundom kalla «effet Doppler-Fizeau».

Det er viktig å ha klart for seg at bølgjene som kjelda sender ut ikkje endrar frekvens. Denne analogien illustrerer dette: Nokon kastar ballar på deg. Kvart sekund får du ein ny ball kasta mot deg, og vi føreset at ballen flyg gjennom lufta med ein konstant fart. Står ballkastaren stille vil du få ein ball i hovudet kvart sekund. Står ballkastaren på ei tralle som trillar mot deg vil han vere litt nærmare for kvar ball han kastar. Kvar ball har derfor ei litt kortare strekning å tilbakelegge. Og det vil gå litt mindre enn eit sekund mellom kvar ball som treffer deg i hovudet. Og det kjennest som om ballkastaren kastar oftare. Det motsette er tilfelle dersom ballkastaren trillar frå deg. I røynda er det bølgjelengda (og frekvensen) som endrar seg, sett frå observatøren sin ståstad.

Dersom den rørlege kjelda strålar ut bølgjer med ein frekvens f₀ (sett frå kjelda) så vil ein observatør som er stasjonær i forhold til mediet oppfatte bølgjer med ein frekvens f gitt ved:

${\displaystyle f=f_{0}{\frac {v}{v-v_{s,r}}}}$,

der v er farten bølgjene breier seg med i mediet og v_s, r er farten til kjelda i høve til mediet, radialt til observatøren (positiv om rørsla er mot observatøren, negativ om den er frå). Ein tilsvarande analyse for ein rørleg observatør og ei stasjonær kjelde syner at frekvensen , målt av observatøren, er

${\displaystyle f=f_{0}\left(1+{\frac {v_{0}}{v}}\right)}$,

der v_o er farten til observatøren, i høve til mediet.

Fizeau gjorde snart det første forsøket på å utvide analysen til Dopplers ljos. Men lysbølgjer treng ikkje noko medium for å flytta seg og ei korrekt forståing av Doppler-effekten for ljos krev bruk av Den spesielle relativitetstorien (sjå relativistisk dopplereffekt).

1. ↑ Doppler, C.A., Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels, Verlag der königl. bohm. Gessellschaft der Wissenschaften, 1903.