Doppler-ilmiö
Doppler-ilmiö on havaitun taajuuden muutos lähteen ja havaitsijan suhteellisen liikkeen vuoksi. Äänelle on tärkeää, miten lähde ja havaitsija liikkuvat väliaineeseen nähden. Valolle tyhjiössä oikea kuvaus on relativistinen eikä tarvitse etuoikeutettua eetteriä.
Liikkuva äänilähde
Lähestyvä lähde lähettää seuraavan aaltorintaman hieman lähempää edellistä, joten aallonpituus lähteen edessä pienenee ja paikallaan oleva havaitsija kuulee suuremman taajuuden. Loittonevan lähteen takana aallonpituus kasvaa.
Liikkuva havaitsija
Jos havaitsija liikkuu paikallaan olevan aaltokuvion läpi, hän kohtaa aaltorintamia tavallista useammin tai harvemmin. Siksi lähteen ja havaitsijan nopeudet esiintyvät klassisessa äänen Doppler-kaavassa eri tavoin.
Mach-kartio
Kun lähde ylittää äänen nopeuden, se ohittaa omia aaltorintamiaan. Rintamat kasaantuvat iskuaalloksi Mach-kartion pinnalle. Kyse ei ole enää pienestä taajuussiirtymästä vaan jyrkästä paineen muutoksesta.
Valo ja suhteellisuusteoria
Tyhjiössä c on sama kaikissa inertiaalijärjestelmissä. Siksi valon Doppler-siirtymä sisältää relativistisen tekijän. Pienillä nopeuksilla tulos lähestyy klassista lineaarista riippuvuutta radiaalinopeudesta.
Puna- ja sinisiirtymä
Loittoneva astronominen lähde näyttää tavallisesti punasiirtymän ja lähestyvä sinisiirtymän. Kosmologinen punasiirtymä suurilla etäisyyksillä liittyy avaruuden laajenemiseen eikä ole aina sama asia kuin klassinen liike staattisen avaruuden läpi.
Tutka ja ultraääni
Dopplertutka mittaa nopeuden säteen suuntaista komponenttia. Lääketieteellisessä ultraäänessä veren punasoluista sironneen äänen taajuussiirtymä antaa virtausnopeutta koskevaa tietoa, mutta tulos riippuu mittauskulmasta.
Doppler-levenemä
Kaasun atomien lämpöliike tuottaa nopeusjakauman. Osa atomeista liikkuu kohti havaitsijaa ja osa poispäin, joten spektriviiva levenee. Leveys kasvaa lämpötilan mukana ja riippuu hiukkasen massasta, minkä vuoksi spektroskopia voi mitata lämpötilaa.
Radiaalinopeus
Doppler-siirtymä mittaa ensisijaisesti nopeuden säteen suuntaista komponenttia. Kohde voi liikkua nopeasti poikittain ja tuottaa silti pienen klassisen taajuussiirtymän. Täydellinen kolmiulotteinen nopeus vaatii lisäksi geometrista tietoa, esimerkiksi astrometriaa tähtitieteessä tai useita tutkan katselusuuntia.
Harjoitus
Miksi junan torven sävelkorkeus laskee havaitsijan kohdalla ohituksen jälkeen?
Ratkaisu
Ennen ohitusta aaltorintamat pakkautuvat lähteen eteen ja havaittu taajuus kasvaa. Ohituksen jälkeen lähde loittonee, aaltorintamat venyvät ja havaittu taajuus pienenee.