Dopplereffekt

Dopplereffekten ændrer den frekvens, en observatør modtager, når kilde og observatør bevæger sig i forhold til hinanden. For lyd skal kilde- og observatørbevægelse behandles forskelligt, fordi mediet definerer bølgens udbredelsesramme.

En bevægende kilde ændrer bølgeafstanden

kilden bevæger sig →komprimeretudstrakt
En bevægende kilde komprimerer bølgefronterne foran sig og strækker dem bagved.

Når kilden bevæger sig mod en stationær observatør, udsendes successive bølgetoppe fra forskudte positioner, så bølgelængden foran kilden bliver mindre. For en bevægende kilde og stationær observatør: f_obs = f_s v/(v − v_s) ved tilnærmelse og f_obs = f_s v/(v + v_s) ved fjernelse.

En bevægende observatør krydser bølgefronter hurtigere eller langsommere

observatør bevæger sig mod bølgernebølgeafstanden i mediet er uændret
Observatørbevægelse ændrer mødefrekvensen med eksisterende bølgefronter, ikke deres afstand i mediet.

For en stationær kilde og bevægende observatør gælder f_obs = f_s(v ± v_obs)/v. Plus bruges ved bevægelse mod kilden. Bølgefrontenes afstand i mediet ændres ikke; observatøren møder dem blot med en anden rate.

Ikke alle formler med relativ hastighed kan byttes rundt

For lyd har mediet en særlig rolle, så kilde- og observatørhastighed optræder forskelligt. For lys i vakuum bruges relativistiske Doppler-formler. Astronomisk rød- og blåforskydning bør derfor ikke beregnes med den klassiske lydformel.

Hvad Dopplereffekten ændrer — og ikke ændrer

Den modtagne frekvens ændres, uden at kildens egen oscillator behøver at ændre frekvens. Det er den radiale bevægelseskomponent langs sigtelinjen, der betyder noget. Ren sideværts bevægelse giver ikke en førsteordens klassisk forskydning langs den linje. Når et køretøj passerer, skifter radialkomponenten fortegn og giver den karakteristiske høj-til-lav overgang.

Gennemregnede eksempler

Bevægende kilde mod observatøren

En 600 Hz sirene nærmer sig en stationær observatør med 20 m s⁻¹; v = 340 m s⁻¹.

Løsning

f_obs = 600[340/(340−20)] = 637,5 Hz.

Bevægende observatør mod kilden

En stationær 500 Hz kilde; observatøren bevæger sig mod den med 10 m s⁻¹.

Løsning

f_obs = 500[(340+10)/340] ≈ 514,7 Hz.

En kilde passerer forbi

Hvorfor går en passerende sirene fra høj til lav tone?

Løsning

Før passagen er radialbevægelsen hovedsageligt mod observatøren; efter passagen væk. Kildens frekvens behøver ikke selv at springe.