Doplerio poslinkis

Kairėn judantis bangų sukėlėjas. Kairėje stovinčiam stebėtojui jos atrodo tankesnės, o dešinėje — retesnės. Garso kaita važiuojant

Doplerio poslinkis (Doplerio reiškinys, Doplerio efektas) – bangavimo dažnio (bangų žingsnio) tariamas pokytis, kai jų spinduliavimo šaltinis arba stebėtojas juda vienas kito atžvilgiu.

Reiškinys

Dažniausiai Doplerio reiškinį žmogus suvokia garsuose. Jeigu atstumas tarp klausytojo ir garso šaltinio mažėja, tai virpesiai būna tarsi sutankėję — yra girdimas plonesnis garsas: trumpesnio bangų žingsnio, aukštesnio dažnio, negu šaltinio iš tikrųjų skleidžiamas garsas. O klausytojui tolstant nuo garso sukėlėjo, bangos tartum praretėja — girdimas storesnis, žemesnis garsas: retesnio virpėjimo, ilgesnio bangų žingsnio, mažesnio dažnio garsas.

Ir šviesos spinduliavime galime pastebėti Doplerio poslinkį, nes šviesa irgi sklinda bangomis. Bangų sutankėjimas artėjant girdimas kaip aukštesnis, plonesnis garsas, o spartus šviesos šaltinio artėjimas matomas kaip šaltesnė, mėlynesnė spalva (sparčiai tolstant — atitinkamai šiltesnė, raudonesnė, negu spinduliuojamos šviesos spalva).

Spinduliavimo dažnio pokytį judant yra moksliškai įrodęs fizikas Kristijonas Dopleris 1842 metais. Astronomijoje žvaigždės šviesos spektro poslinkis patvirtintas 1867 m.

Aptarimas

Terpe sklindančių bangų (garso, ultragarso ir pan.) stebimojo dažnio f' sąryšis su šaltinio dažniu f nusakomas taip:

$f'=\left({\frac {v}{v\pm v_{s}}}\right)f\,$,

čia

$v\,$ yra bangų sklidimo greitis terpėje (ore, esant T laipsnių Celsijaus temperatūrai, tai bus $332{\sqrt {(1+T/273)}}$ m/s),

$v_{s}\,$ yra šaltinio (garsą skleidžiančio objekto) greitis.

Kadangi stebimas dažnis didėja, kai šaltinis juda link stebėtojo, šaltinio greitis šioje lygtyje yra atimamas, šaltiniui artėjant. Analogiškai, šaltiniui tolstant, užfiksuojamas dažnis mažėja, taigi, norint sužinoti tikrąjį šaltinio skleidžiamos bangos dažnį, išraiškoje šaltinio greitis yra pridedamas. Bangoms, kurioms sklisti aplinkos terpė nereikalinga - pavyzdžiui, radijo bangos, šviesa, kitos elektromagnetinės bangos, sąryšis tarp stebimojo dažnio f' ir šaltinio dažnio f išreiškiamas kaip:

dažnio pokytis	Stebimas dažnis
$\Delta f={\frac {fv}{c}}={\frac {v}{\lambda }}$	$f'=f+{\frac {fv}{c}}$

čia

$f\,$ yra šaltinio dažnis,

$v\,$ yra šaltinio greitis stebėtojo atžvilgiu, jis yra teigiamas, kai šaltinis ir stebėtojas juda vienas link kito, neigiamas, kai jie tolsta,

$c\,$ yra bangos greitis ($\left(3\cdot 10^{8}\right)$  m/s elektromagnetinėms bangoms),

$\lambda \,$ skleidžiamos bangos ilgis.

Šios dvi lygtys yra apytikslės, tačiau pirmos eilės tikslumu gerai aprašo Doplerio nagrinėtus atvejus - kai šaltinio judėjimo greitis mažas bangų sklidimo greičio atžvilgiu, o atstumas tarp šaltinio ir stebėtojo yra daug didesnis, nei nagrinėjamų bangų ilgis.

Analizė

Svarbu suvokti, kad pats šaltinio skleidžiamų bangų dažnis nekinta, pakinta tik stebimas bangos ilgis, tuo pačiu ir fiksuojamas dažnis. Kitaip sakant, bangos greitis išlieka pastovus, kintant bangos ilgiui, taigi, pasikeičia ir dažnis. Jei judantis šaltinis terpėje skleidžia bangas, kurių tikrasis dažnis yra f₀, terpės atžvilgiu parimęs stebėtojas stebi dažnio f bangas:

$f=f_{0}\left({\frac {v}{v+v_{s,r}}}\right)$ ką galima išreikšti kaip: $f=f_{0}\left(1-{\frac {v_{s,r}}{v+v_{s,r}}}\right)$,

čia v yra bangų greitis terpėje, o v_{s, r} šaltinio greitis terpės atžvilgiu (neigiamas šaltiniui artėjant prie stebėtojo, teigiamas jam tolstant). Palyginti lėtai judančiam šaltiniui, v_{s, r} yra mažas, palyginus su v ir lygtį apytiksliai galima užrašyti kaip:

$f=f_{0}\left(1-{\frac {v_{s,r}}{v}}\right)$

Analogiškai, kai juda stebėtojas, o šaltinis laikomas parimusiu, stebimasis dažnis išreiškiamas taip (v_o - stebėtojo greitis):

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

v_o yra teigiamas, stebėtojui tolstant nuo šaltinio, ir atvirkščiai.

Pirmasis Doplerio efekto analizę šviesos bangoms pritaikė Fizo. Iš tikrųjų šviesos (ir visų elektromagnetinių) bangų sklidimui nereikia terpės, todėl, norint teisingai suprasti Doplerio efektą elektromagnetinėms bangoms, reikia naudotis Specialiąja reliatyvumo teorija.

Astronomijoje

Raudonasis poslinkis tolimų galaktikų superspiečiaus optinio spektro linijose (dešinėje), palyginus su Saulės spektru.

Doplerio efektas, pasireiškiantis tarp elektromagnetinių bangų, pvz, šviesos spektre, labai naudingas astronomijoje, ir yra stebimas kaip raudonasis poslinkis arba mėlynasis poslinkis. Jis taikomas nustatyti žvaigždės ar galaktikos radialinį greitį, t. y. greitį, kuriuo dangaus kūnas artėja arba tolsta nuo mūsų. Taip pat Doplerio reiškinys leidžia nustatyti, ar stebima žvaigždė yra vieniša, ar tai artima dvinarė žvaigždė ir netgi išmatuoti žvaigždžių ar galaktikų sukimosi greičius.

Doplerio efekto pritaikymą astronomijoje lemia faktas, kad žvaigždžių spektrai nėra tolydūs. Jame ties konkrečiais dažniais egzistuoja sugerties linijos, kurios sutapatintos su įvairių cheminių elementų elektronų sužadinimo energijomis. Doplerio efektą galima atpažinti, kai sugerties linijų dažniai nesutampa su analogiškomis linijomis, gautomis ištyrus parimusį objektą. Kadangi mėlynos šviesos dažnis didesnis, nei raudonos, artėjančio šaltinio spektrinės linijos pasislenka į mėlynąją spektro pusę, o tolstančio - į raudonąją.

Tarp artimų žvaigždžių didžiausiu radialiniu greičiu Saulės atžvilgiu (+308 km/s) juda BD-15°4041, taip pat žinoma kaip LHS 52, esanti 81.7 šviesmečių atstumu nuo mūsų) ir Woolley 9722 (-260 km/s), taip pat žinoma kaip Wolf 1106 ir LHS 64, 78.2 šm).

Šaltiniai

Vikiteka

Šis straipsnis yra paskelbtas pavyzdiniu!

Straipsnis „Doplerio poslinkis“ yra paskelbtas pavyzdiniu, taigi pripažintas vienu geriausių lietuviškosios Enciklopedijos Lietuvai ir pasauliui straipsnių. Jei matote, kaip pagerinti straipsnį nekenkiant prieš tai darytam darbui, visada prašome prisidėti.