موضوع مقاله: اثر دوپلر | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # اثر دوپلر | مقدمه: اثر دوپلر در فیزیک امواج می‌گوید که بسامد یک موج بر اثر حرکت فرستنده یا گیرندهٔ آن تغییر می‌کند. | ## بخش 1: اثر دوپلر | این پدیده را کریستیان یوهان دوپلر (۱۸۰۳-۱۸۵۳ میلادی) فیزیکدان اتریشی در مقاله‌ای در سال ۱۸۴۲ بیان کرد. اثر دوپلر در همهٔ امواج مانند امواج صوتی و امواج الکترومغناطیسی (نور) دیده می‌شود. ایپولیت فیزو در سال ۱۸۴۸ به‌طور مستقل همان پدیده را روی امواج الکترومغناطیسی کشف کرد (در فرانسه، گاهی اوقات اثر آن «افت داپلر-فیزو» نامیده می‌شود اما این نام توسط بقیه جهان به تصویب نرسید زیرا کشف فیزو شش سال پس از پیشنهاد داپلر بود).Becker (2011). در انگلیس، جان اسکات راسل در سال ۱۸۴۸ یک مطالعه تجربی دربارهٔ اثر داپلر انجام داد. توصیف هرگاه گیرنده‌ای به سمت یک منبع ساکن که از خود موج صوتی می‌فرستد برود، بسامد صوتی که می‌گیرد بیشتر از وقتی است که نسبت به منبع ساکن باشد (شنونده صدا را زیرتر می‌شنود). و اگر از منبع صوت دور شود، موجی را با بسامد کمتر می‌گیرد (شنونده صدا را بم‌تر می‌شنود). اگر منبع موج نیز از گیرنده دور یا به او نزدیک شود، بسامد صوتی که شنونده می‌شنود نیز به ترتیب کمتر یا بیشتر می‌شود. اگر بسامد موج تولید شده در منبع باشد و سرعت شنونده و منبع به ترتیب و باشد، بسامد موجی که شنونده می‌شنود، از رابطهٔ زیر به دست خواهد آمد: در این رابطه سرعت موج در محیط انتشار است. علامت‌های بالایی (+ در صورت و - در مخرج) مربوط به وقتی است که منبع و شنونده به هم نزدیک می‌شوند و علامت‌های پایینی مربوط به وقتی است که منبع و شنونده از هم دور می‌شوند. اگر سرعت منبع یا ناظر در مقایسه با سرعت نور قابل چشم‌پوشی نباشد، باید رابطهٔ نسبیتی دوپلر را به کار برد که به شکل زیر است: این سرعت بایستی حداقل ۱۰ درصد سرعت نور یا بیشتر از آن باشد. با حرکت ماشین به سمت چپ، طول موج حاصل از صدای ماشین در سمت چپ کاهش و در سمت راست افزایش می‌یابد. مثال متداولی که برای توضیح اثر داپلر به کار می‌رود، شنیدن صدای ماشینی است که از دور با آژیر نزدیک می‌شود و عبور می‌کند و سپس دور می‌شود. در هنگام نزدیک شدن، فرکانس دریافتی (در مقایسه با فرکانس گسیل شده از منبع) افزایش می‌یابد. در لحظهٔ عبور این فرکانس با فرکانس گسیل شده از منبع برابر می‌شود، و در هنگام دور شدن فرکانس دریافتی با دور شدن ماشین کاهش می‌یابد. | ## بخش 2: اثر دوپلر | به بیان ساده‌تر آمبولانسی که به فرد ساکن نزدیک می‌شود ظاهراً دارای آژیر تندتری است و وقتی از وی دور می‌شود دارای آژیر کندتر به نظر می‌رسد. علت تغییر فرکانس آن است که وقتی منبع موج به دریافت‌کننده نزدیکتر می‌شود، هر جبهه موج نسبت به دریافت‌کننده فاصله کمتری نسبت به جبهه موج قبلی دارد، بنابراین طول موج کم و فرکانس موج افزایش می‌یابد و برای دور شدن برعکس این پدیده روی می‌دهد. در اخترشناسی، اندازه‌گیری سرعت نزدیک‌شدن یا دور شدن ستاره‌ها و کهکشان‌ها را با کمک اثر داپلر که توانایی تفکیک میان انتقال به سرخ و انتقال‌به‌آبی را دارد می‌سنجند. نگارخانه تصاویر زیر انتشار صوت توسط یک منبع صوت که با سرعت‌های مختلف حرکت می‌کنند را نشان می‌دهد. دستگاهی که در هوا برای پروفایل سرعت باد با استفاده از صدا استفاده می‌شود به SODAR معروف است و با همان اصول اساسی کار می‌کند. روباتیک برنامه‌ریزی پویای مسیر در زمان واقعی در رباتیک برای کمک به حرکت ربات‌ها در یک محیط پیچیده با موانع متحرک، اغلب از اثر داپلر کمک می‌کند. چنین کاربردهایی به ویژه برای رباتیک‌های رقابتی که محیط به‌طور مداوم در حال تغییر است مانند ربوسوکر استفاده می‌شود. آژیر آژیر خطر در حال عبور از یک وسیله نقلیه اضطراری بالاتر از سطح ثابت آن شروع می‌شود، هنگام عبور به پایین بلغزد و با فاصله گرفتن از ناظر، پایین‌تر از سرعت ثابت خود ادامه می‌یابد. ستاره‌شناس جان دابسون این تأثیر را چنین توضیح داد: دلیل لغزش آژیر این است که به شما ضربه نمی‌زند. به عبارت دیگر، اگر آژیر به‌طور مستقیم به ناظر نزدیک می‌شد، زمین تا زمانی که وسیله نقلیه به او برخورد کند، ثابت و در یک سطح بالاتر از ثابت باقی می‌ماند و سپس بلافاصله به یک سطح پایین‌تر جدید می‌پرد. از آنجا که وسیله نقلیه از کنار ناظر عبور می‌کند، سرعت شعاعی ثابت نمی‌ماند، اما در عوض به عنوان تابعی از زاویه بین خط دید وی و سرعت آژیر تغییر می‌کند. اخترشناسی اثر داپلر برای امواج الکترومغناطیسی مانند نور بسیار مورد استفاده در نجوم است و منجر به اصطلاح تغییر قرمز یا تغییر آبی می‌شود. از آن برای اندازه‌گیری سرعت نزدیک شدن یا دور شدن ستاره‌ها و کهکشان‌ها از ما استفاده شده‌است؛ یعنی سرعت شعاعی آنها. برای اندازه‌گیری سرعت چرخش ستارگان و کهکشانها یا برای کشف سیارات فراخورشیدی، این ممکن است مورد استفاده قرار گیرد. | ## بخش 3: اثر دوپلر | استفاده از اثر داپلر برای نور در نجوم به دانش ما بستگی دارد که طیف ستاره‌ها یکدست نیستند. آنها خطوط جذبی را در فرکانس‌های کاملاً مشخصی که با انرژی مورد نیاز برای تحریک الکترون در عناصر مختلف از یک سطح به سطح دیگر همبستگی دارند، به نمایش می‌گذارند. اثر داپلر در این واقعیت قابل تشخیص است که خطوط جذب همیشه در فرکانسهای حاصل از طیف منبع نور ساکن نیستند. از آنجا که نور آبی فرکانس بالاتری نسبت به نور قرمز دارد، خطوط طیفی یک منبع نور نجومی در حال نزدیک شدن یک تغییر آبی و آنهایی که از یک منبع نور نجومی در حال عقب‌نشینی هستند یک تغییر قرمز نشان می‌دهند. رادار از اثر داپلر برای اندازه‌گیری سرعت اجسام شناسایی شده در برخی انواع رادار استفاده می‌شود. پرتوی رادار به سمت هدف متحرک شلیک می‌شود - به عنوان مثال یک موتور موتوری، همان‌طور که پلیس از رادار برای شناسایی رانندگان تندرو استفاده می‌کند - با نزدیک شدن یا عقب‌نشینی از منبع رادار. هر موج راداری پی در پی برای رسیدن به اتومبیل باید مسافت دورتر را طی کند، قبل از اینکه در نزدیکی منبع منعکس و شناسایی شود. هرچه هر موج باید دورتر شود، فاصله بین هر موج افزایش می‌یابد و طول موج افزایش می‌یابد. در بعضی شرایط، پرتو رادار با نزدیک شدن به سمت ماشین در حال حرکت شلیک می‌شود، در این حالت هر موج متوالی مسافت کمتری را طی می‌کند و طول موج را کاهش می‌دهد. در هر دو حالت، محاسبات حاصل از اثر داپلر سرعت خودرو را به‌طور دقیق تعیین می‌کند. علاوه بر این، احتراق مجاورت، ایجاد شده در طول جنگ جهانی دوم، متکی به رادار داپلر است تا مواد منفجره را در زمان، ارتفاع، فاصله و غیره منفجر کند. پزشکی اکوکاردیوگرام می‌تواند، در حدود معینی، ارزیابی دقیق جهت جریان خون و سرعت خون و بافت قلب را در هر نقطه دلخواه با استفاده از اثر داپلر تولید کند. یکی از محدودیت‌ها این است که پرتو اولتراسوند باید تا حد ممکن با جریان خون موازی باشد. | ## جمع‌بندی | اندازه‌گیری سرعت امکان ارزیابی مناطق و عملکرد دریچه قلب، ارتباطات غیرطبیعی بین سمت چپ و راست قلب، نشت خون از طریق دریچه‌ها (نارسایی دریچه) و محاسبه برون ده قلب را فراهم می‌کند.