3 fakta o Dopplerově efektu pro světlo: co, jak, příklady a často kladené otázky

Dopplerův jev se vztahuje i na obě zvukové vlny světelné vlny. Pojďme tedy nejprve analyzovat, co je dopplerovský efekt světla.

Dopplerův efekt světla je definován jako změna v frekvence světla pozorovaného pozorovatelem v důsledku relativního pohybu pozorovatele a zdroje světla. V důsledku toho můžeme říci, že k dopplerovu jevu ve světle dochází stejným způsobem jako v zvuk.

Nyní, když víme o Dopplerově jevu ve světle, se v tomto článku podíváme na relativistický dopplerovský jev, jeho vzorec, příklady ze skutečného života a mnoho dalšího.

Jak funguje dopplerovský jev se světlem?

Světlo se vždy šíří stejnou rychlostí bez ohledu na použitou vztažnou soustavu; jediná změna je v jeho energii. Podívejme se tedy, jak funguje Dopplerův jev se světlem.

Vlnová délka světla určuje energii světla. Zatímco se tedy zdroj a pozorovatel vzájemně pohybují, vlnová délka světla, které zdroj vyzařuje, se mění, když je pozorovatelem vnímáno. Tento jev se označuje jako Dopplerův jev.

Dopplerův efekt pro příklady světla:

Fenomén Dopplerova jevu ve světle se vyskytuje v reálném životě. Podívejme se na to prostřednictvím níže uvedených příkladů:

  • Kvůli rozpínání vesmíru je světlo, které získáváme ze vzdálených objektů (jako jsou hvězdy), rudé.
  • Rychlost projíždějícího auta měří rychlostní kamera pomocí Dopplerova jevu světla.

Relativistický dopplerovský jev pro světlo:

Dopplerův jev ve světle je vidět díky relativistickému pohybu pozorovatele a zdroje. Podívejme se tedy blíže na relativistický dopplerovský jev ve světle.

Pozorovatel dostane vlnu s frekvencí f nebo vlnová délka 𝜆, když jsou zdroj i pozorovatel stacionární. Předpokládejme, že zdroj světla v rámu vyzařuje světlo o vlnové délce 𝜆s v čase ts a vzdaluje se od stacionárního rámu rychlostí v. (předpokládaná konstantní).

Když se zdroj vzdálí od pozorovatele, vlnová délka přijímaná pozorovatelem se prodlouží

Podle speciální relativita teorie, změny v časových a délkových intervalech spoléhají na relativní pohyb pozorovatele. Aplikováním rovnice Lorentzovy transformace na relativně pohyblivý referenční rámec tedy získáme následující rovnici pro vlnovou délku měřenou pozorovatelem:

(Když 𝑣 = ᥆, pak 𝜆o = 𝜆s)

Ale, 𝜆 / t = c (kde, c je rychlost světla)

Výše uvedenou rovnici lze tedy napsat takto:

Zjednodušením výše uvedené rovnice získáme vlnovou délku pozorovanou pozorovatelem:

rovnice (1)

Tato rovnice předpokládá, že se zdroj vzdaluje od pozorovatele. Rychlost v je tedy kladná, když se zdroj vzdaluje od pozorovatele, a záporná, když se zdroj pohybuje směrem k pozorovateli.

Tato rovnice může být vyjádřena takto, pokud jde o frekvenci zdroje a pozorovanou frekvenci:

fo = c / 𝜆o

Tak,

Rovnice (2)

Rovnice (1) a (2) jsou požadované rovnice pro Dopplerův jev.

Červený a modrý posun:

Frekvence světla určuje jeho barvu. Změna frekvence zdroje a pozorovatele způsobená jejich relativním pohybem je a redshift a blueshift. Podívejme se, co to znamená.

  • Když se zdroj světla vzdaluje od pozorovatele, pozorovatel přijímá vlnu s nižší frekvencí než zdroj. Skutečnost, že červená barva má nejnižší frekvenci ve viditelném spektru, vede k posunu k červenému konci spektra. V astronomii je znám jako rudý posuv.
  • Jak se zdroj světla přibližuje k pozorovateli, pozorovatel přijímá vlnu s vyšší frekvencí než zdroj. Skutečnost, že modrá barva má nejvyšší frekvenci ve viditelném spektru, způsobuje posun k modrému konci spektra. To je známé jako blueshift v astronomii.
Kredity obrázku: Redshift_Blueshift podle, Aleš Tošovský (CC BY-SA 3.0)

Závěr:

Tento článek nám ukazuje, že být vlnovým světlem také zažívá Dopplerův jev, stejně jako zvuk. K tomuto jevu dochází v důsledku relativní rychlosti zářiče světla a pozorovatele. Dostáváme se k myšlence, že vesmír se rozpíná díky Dopplerovu jevu světla.

Zanechat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Povinné položky jsou označeny *

Přejděte na začátek