Dopplerov efekt je prostriedok, ktorým vlnové vlastnosti (konkrétne frekvencie) sú ovplyvňované pohybom zdroja alebo poslucháča. Obrázok napravo ukazuje, ako by pohybujúci sa zdroj skreslil vlny prichádzajúce z neho v dôsledku Dopplerovho efektu (známeho tiež ako Dopplerov posun).
Ak ste už niekedy čakali na železničné priecestie a počúvali píšťalku, pravdepodobne ste si všimli, že výška píšťalky sa mení, keď sa pohybuje vzhľadom na vašu polohu. Podobne sa výška sirény mení, keď sa približuje a potom vás vedie po ceste.
Výpočet Dopplerovho efektu
Uvažujme o situácii, keď je pohyb orientovaný v línii medzi poslucháčom L a zdrojom S, so smerom od poslucháča k zdroju ako pozitívnym smerom. Rýchlosti protiL a protiS sú rýchlosti poslucháča a zdroja vzhľadom na vlnové médium (vzduch v tomto prípade, ktorý sa považuje za pokojný). Rýchlosť zvukovej vlny, proti, sa vždy považuje za pozitívny.
Použitím týchto pohybov a preskočením všetkých chaotických derivácií dostaneme počúvanie, ktoré počuje poslucháč (FL) z hľadiska frekvencie zdroja (FS):
FL = [(proti + protiL)/(proti + protiS)] FS
Ak je poslucháč v pokoji, potom protiL = 0.
Ak je zdroj v pokoji, potom protiS = 0.
To znamená, že ak sa ani zdroj ani poslucháč nepohybujú, potom FL = FS, čo je presne to, čo by človek očakával.
Ak sa poslucháč pohybuje smerom k zdroju, potom protiL > 0, aj keď ak sa potom vzdiali od zdroja protiL < 0.
Alternatívne, ak sa zdroj pohybuje smerom k poslucháčovi, pohyb je v negatívnom smere protiS <0, ale ak sa zdroj posúva ďalej od poslucháča protiS > 0.
Dopplerov efekt a ďalšie vlny
Dopplerov jav je v zásade vlastnosťou správania sa fyzických vĺn, takže nie je dôvod domnievať sa, že sa uplatňuje iba na zvukové vlny. V skutočnosti sa zdá, že akákoľvek vlna má Dopplerov efekt.
Rovnaký koncept možno uplatniť nielen na svetelné vlny. Toto posúva svetlo pozdĺž elektromagnetického spektra svetla (oboje viditeľné svetlo a ďalej), a Dopplerov posun vo svetelných vlnách to sa nazýva redshift alebo blueshift, v závislosti od toho, či sa zdroj a pozorovateľ pohybujú od seba alebo k sebe. V roku 1927 astronóm Edwin Hubble pozorovali svetlo zo vzdialených galaxií posunuté takým spôsobom, ktorý zodpovedal predpovedi galaxie Dopplerov posun a bol schopný ho použiť na predpovedanie rýchlosti, s akou sa pohybujú od Zeme. Ukázalo sa, že vzdialené galaxie sa vo všeobecnosti vzdialili od Zeme rýchlejšie ako okolité galaxie. Tento objav pomohol presvedčiť astronómov a fyzikov (vrátaneAlbert Einstein), že vesmír sa skutočne rozširoval, namiesto toho, aby zostal statický na celú večnosť, a nakoniec tieto pozorovania viedli k vývoju teória veľkého tresku.