Efekt Dopplera – na czym polega? Jak wykorzystywany jest w kosmologii i astronomii?

● Efekt Dopplera dotyczy rejestrowanej zmiany częstotliwości fal np. dźwiękowych.  ● Najłatwiej zjawisko Dopplera zaobserwować gdy mija nas karetka na sygnale.  ● Efekt Dopplera jest powszechnie wykorzystywany m.in. w astronomii oraz medycynie.

Efekt Dopplera to zjawisko fizyczne dotyczące fal polegające na zmianie ich częstotliwości rejestrowanych przez obserwatora przemieszczającego się względem źródła tych fal. Im źródło powstawania fal będzie bliżej obserwatora, tym częstotliwość będzie rosnąć. I w drugą stronę: jeśli źródło będzie się oddalać, częstotliwość fal zmaleje.

Zjawisko jest tym większe, im większa szybkość przemieszczania się względem siebie źródła fal i ich odbiorcy. Efekt Dopplera dotyczyć może różnych fal, najczęściej znajduje jednak zastosowanie w przypadku fal elektromagnetycznych, np. fal radiowych albo fal światła widzialnego, oraz fal dźwiękowych.

Zjawisko Dopplera jest łatwe do zaobserwowania w przypadku fal dźwiękowych. Gdy mija nas karetka na sygnale, jej sygnał dźwiękowy nagle się obniża. To dlatego, że gdy będąca źródłem fal dźwiękowych karetka nas mija, najpierw maleje jej odległość, a wraz z nią rośnie częstotliwość fal dźwiękowych (dźwięk staje się wyższy), a następnie odległość znowu rośnie, a wraz z nią maleje częstotliwość (dźwięk staje się niższy).

Jednocześnie dla osoby jadącej tą karetką częstotliwość fal dźwiękowych będzie cały czas jednakowa.

W przypadku światła widzialnego efekt Dopplera łatwy do zaobserwowania jest natomiast w astronomii. W układzie gwiazd podwójnych pod wpływem ich ruchu względem siebie dochodzi do zmiany koloru światła. Gdy odległość między obiektami maleje, tym bardziej kolor światła zmierza w stronę zieleni i niebieskiego, a im bardziej odległość rośnie, tym bardziej kolor światła zmierza w stronę czerwieni i pomarańczowego.

Efekt Dopplera swoją nazwę zyskał od nazwiska austriackiego fizyka i matematyka, który w połowie XIX wieku jako pierwszy go opisał. Christian Andreas Doppler opisał zmianę koloru światła obserwując gwiazdy i od tamtej pory efekt Dopplera stale wykorzystywany jest w kosmologii i astronomii. Pomaga on w mierzeniu odległości pomiędzy ciałami niebieskimi, a także ich prędkości i kierunku w którym się poruszają.

Zjawisko Dopplera zostało wykorzystane m.in. na poparcie argumentu o teorii wielkiego wybuchu, który zapoczątkował Wszechświat. Dokonał tego astronom Edwin Hubble zauważając, że im dalej znajduje się dana galaktyka, tym szybciej się oddala. Logicznym wnioskiem z tej obserwacji było to, że skoro prędkość oddalających się we wszystkich kierunkach galaktyk wzrasta, oznacza to, że wszystkie kiedyś musiały znajdować się w jednym punkcie, a ich prędkość była równa zeru. Czyli coś musiało sprawić, że zaczęły się od siebie oddalać jednocześnie nabierając prędkości.

ZOBACZ TEŻ: Fale radiowe. Gdzie są wykorzystywane i czy są szkodliwe dla zdrowia?

Efekt Dopplera powszechnie wykorzystywany jest również w medycynie. USG Doppler (ultrasonografia dopplerowska) to badanie stosowane w diagnostyce chorób krążenia. Przykładana do ciała pacjenta głowica aparatu emituje falę ultradźwiękową przechodzącą przez tkanki. Po zetknięciu fali z krwinkami czerwonymi dochodzi do jej odbicia i zmiany częstotliwości. Pozwala to na zmierzenie kierunku i szybkości przepływu krwi, a dzięki temu np. cofanie lub blokadę przepływu krwi.

Badanie dopplerowskie pozwala lekarzowi na ocenę stanu żył i przepływu krwi w żyłach, tętnicach, a także narządach. Ma na celu określenie stopnia niewydolności żylnej i wykrycie ewentualnych zmian: tętniaków, zakrzepów i innych. Poprzez wykonanie badania Dopplera można zapobiec m.in. zawałowi serca, udarowi mózgu czy zatorowości płucnej. 

ZOBACZ TEŻ: Kosmos stale emituje tajemnicze podczerwone światło. Już wiadomo, skąd ono pochodzi