تأثير دوپلر

ظاهرة دوبلر أو أثر دوبلر Doppler effect ، هو تغير ظاهري للتواتر frequency أو في طول الموجة للأمواج عندما ترصد من قبل مراقب متحرك بالنسبة للمصدر الموجي. يدعى هذا التأثير بتأثير دوبلر نسبة لدوبلر فيزيائي ورياضي نمساوي، ولد في مدينة سالزبورگ Salzburg، وتعلم في ڤيينا، وغدا رئيساً للمعهد الفيزيائي بجامعة ڤيينا عام 1850..

A source of waves moving to the left. The frequency is higher on the left than on the right.

أن المرجع المراقب للجسم المتحرك يكون ثابتاً حتى يرصد التغير في الطول الموجي للموجات الصادرة عن المصدر ( صوتي أو ضوئي ) ، ليقرربعدها إذا كان الجسم مقترباً أم مبتعداً.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

عام

العلاقة بين التردد الملحوظ f والتردد المنبعث f0 تعطيه العلاقة التالية:

 
where
  هي سرعة الموجات في الوسط
  is the radial component of the velocity of the source (the object emitting the wave) along a line from the source to the observer; positive if moving away from the observer.

التردد الملحوظ يزداد إذا كان المصدر متحركاً بإتجاه المشاهـِد. ويتناقص إذا ابتعد المصدر.


التغير في التردد التردد المشاهد
 
 
حيث
  is the transmitted frequency
  is the velocity of the transmitter relative to the receiver in meters per second: negative when moving towards one another, positive when moving away
  is the speed of wave (e.g. 3×108 m/s for electromagnetic waves travelling in a vacuum)
  is the wavelength of the transmitted wave subject to change.


التطبيقات

 
A stationary microphone records moving police sirens at different pitches depending on their relative direction.

السارينة

The siren on a passing emergency vehicle will start out higher than its stationary pitch, slide down as it passes, and continue lower than its stationary pitch as it recedes from the observer. Astronomer John Dobson explained the effect thus:

"The reason the siren slides is because it doesn't hit you."


 

where vs is the velocity of the object (source of waves) with respect to the medium, and   is the angle between the object's forward velocity and the line of sight from the object to the observer.

علم الفلك

 
Redshift of spectral lines in the optical spectrum of a supercluster of distant galaxies (right), as compared to that of the Sun (left).

يرتبط مفعول دوبلر بالتغير الظاهري للتردد الصادر عن منبع أمواج صوتية أو ضوئية، عندما يتحرك منبع الأمواج مقترباً من راصد أو مبتعداً عنه. لقد كشف دوبلر عام 1842 عن سبب هذه الظاهرة، وبيّن أنه إذا تحرك منبع صوتي ذو تردد ثابت مقترباً من راصد، فإن التردد الذي تتلقاه أذن الراصد يغدو أعلى، في حين ينخفض التردد الذي يسمعه الراصد عندما يبتعد المنبع عنه. إن تغير التردد هذا يدركه راصد واقف على رصيف محطة يقترب منها قطار سريع، أو راصد مسافر في قطار آخر على سكة مجاورة يسير باتجاه معاكس. وبالمثل يبين التحليل الطيفي للضوء الصادر عن جسم مضيء كنجم مثلاً أن خطوطه الطيفية التي يتلقاها راصد ما تنزاح باتجاه الضوء البنفسجي إذا كانت المسافة بين النجم والأرض تتناقص، وتنزاح باتجاه الضوء الأحمر إذا كانت المسافة تزداد. وبقياس مقدار انزياح الخط الطيفي العائد للنجم عن موضعه فيما لو كان ثابتاً، يمكن التعرف على طبيعة الحركة النسبية بين النجم المضيء والأرض، وهنا يجري الحديث عادة عما يسمى بالانزياح نحو الأحمر red shift.

إن طول موجة الضوء الأحمر هو الأعلى بين أطوال الموجة المرئي، ويحتل الضوء البنفسجي أقصرها. ينزاح طول موجة الضوء الصادر عن منبع يبتعد عن الراصد باتجاه طول الموجة الأطول، أي باتجاه الضوء الأحمر. في حين ينزاح هذا الطول باتجاه الضوء البنفسجي حين يقترب المنبع من الراصد. يستخدم الفلكيون مفعول دوبلر لقياس سرعة المجرات galaxies، التي تبتعد عموماً عن الأرض، ولذا فإن أضواءها أو خطوطها الطيفية تنزاح نحو الأحمر، ولذا يتحدث الفلكيون عن ظاهرة الانزياح نحو الأحمر.

يعرّف الفلكيون الانزياح نحو الأحمر العائد لمجرة أو نجم، على أنه مساوٍ لانزياح خط طيفي في الضوء الصادر عنه مقسوماً على طوله الموجي المرجعي، أي حيث ينبغي أن يكون فيما لو كان المنبع ثابتاً. يرمز لهذا الانزياح اختصاراً بالرمز z وهو يساوي سرعة المنبع المتحرك v، مقسوماً على سرعة الضوء c التي تساوي 300 ألف كيلو متر في الثانية، أي z = v/c. فإذا كان الانزياح نحو الأحمر لنجم مثلاً مساوياً 0.0001، فإن سرعة النجم عندها تساوي 0.01 بالمئة من سرعة الضوء.

تجدر الإشارة إلى أن العلاقة السابقة التي تعطي قيمة الانزياح نحو الأحمر للضوء الصادر عن منبع ضوئي متحرك لا تبقى صالحة عند السرعات العالية القريبة من سرعة الضوء. فقد بيّن آينشتاين صاحب النظرية النسبية[ر] أن العلاقة في هذه الحالة تؤول إلى:

قياس درجات الحرارة

Another use of the Doppler effect, which is found mostly in astronomy, is the estimation of the temperature of a gas which is emitting a spectral line. Due to the thermal motion of the gas, each emitter can be slightly red or blue shifted, and the net effect is a broadening of the line. This line shape is called a Doppler profile and the width of the line is proportional to the square root of the temperature of the gas, allowing the Doppler-broadened line to be used to measure the temperature of the emitting gas.

التصوير الطبي وقياس تدفق الدم

كما استخدمت الأمواج فوق الصوتية لدراسة تدفق الدم في الشرايين والأوردة، وذلك بفضل قياس التغير في ترددها نتيجة انعكاسها على الدم المتدفق في هذه العروق.

الرادار

تستخدم شرطة المرور راداراً يصدر أمواجاً كهرمغنطيسية بتردد ثابت، وتقيس أجهزة محمولة على سياراتهم التغير في تردد الأمواج هذه لدى انعكاسها على آلية متحركة أو سيارة أو دراجة نارية، وتلتقط صورة للآلية التي تتجاوز حد السرعة الذي تختار، والذي يحدده تغير التردد وفق مفعول دوبلر.

=تطبيقات أخرى

لمفعول دوبلر تطبيقات عدة إضافة إلى ما ذُكر. إذ يمكن بفضله وباستخدام أمواج فوق صوتية ultrasonic تصميم أجهزة كاشفة للتسلل. وهنا يستعمل مرسل يصدر أمواجاً لا تتحسس بتواترها الأذن إضافة إلى كاشف يتلقى الأمواج المنعكسة عن المنطقة الموضوعة تحت الحراسة. إن أية حركة غريبة بين المرسل والمستقبل سينشأ عنها تغير أو انزياح shift في تواتر الصوت الذي يلتقطه الكاشف. تتحسس دارة إلكترونية هذا التغير وتصدر إنذاراً صوتياً أو ضوئياً أو لاسلكياً لاتخاذ ما يلزم بحق المتسللين.[1]

انظر أيضاً

قراءات أخرى

  • Doppler and the Doppler effect, E. N. da C. Andrade, Endeavour Vol. XVIII No. 69, January 1959 (published by ICI London). Historical account of Doppler's original paper and subsequent developments.
  • Adrian, Eleni (24 June, 1995). "Doppler Effect". NCSA. Retrieved 2008-07-13. Check date values in: |date= (help)

المصادر

  1. ^ أحمد الحصري. "دوبلر (مفعول ـ)". الموسوعة العربية.

وصلات خارجية


الكلمات الدالة: