Het Dopplereffect beschrijft hoe de frequentie van een golf verandert wanneer de bron of waarnemer ten opzichte van het medium beweegt. Dit is de reden waarom een ​​sirene hoger klinkt als een ambulance nadert en lager klinkt als deze zich terugtrekt. Het begrijpen van het Doppler-effect is essentieel in de akoestiek, radar, astronomie en medische echografie.

De formule

Voor geluidsgolven (bron beweegt, waarnemer stationair):

Observed Frequency = Source Frequency × (Speed of Sound) / (Speed of Sound ± Source Velocity)

Gebruik het minteken als de bron nadert, plus als deze zich terugtrekt.

Voor lichtgolven (relativistische Doppler):

Observed Frequency = Source Frequency × √((1 - β) / (1 + β))

Waarbij β = snelheid / lichtsnelheid.

Uitgewerkt voorbeeld

Een ambulancesirene zendt uit op 1.000 Hz. Geluid plant zich in de lucht voort met een snelheid van 343 m/s. De ambulance nadert met een snelheid van 30 m/s.

Observed Frequency = 1,000 × 343 / (343 - 30)
                   = 1,000 × 343 / 313
                   = 1,000 × 1.096
                   = 1,096 Hz

De naderende sirene klinkt ongeveer 9,6% hoger. Na het passeren en terugtrekken met een snelheid van 30 m/s:

Observed Frequency = 1,000 × 343 / (343 + 30)
                   = 1,000 × 343 / 373
                   = 920 Hz

De afname van 1.096 Hz naar 920 Hz is dramatisch: een verschuiving van ongeveer 176 Hz.

Toepassingen

Radar en Speed ​​Guns: Zend radiogolven uit, meet de frequentieverschuiving in gereflecteerde golven om de voertuigsnelheid te berekenen.

Astronomie: Sterren die naar de aarde toe bewegen, vertonen een blauwe verschuiving (hogere frequentie). Sterren die zich verwijderen vertonen een roodverschuiving (lagere frequentie). Hieruit bleek dat het heelal uitdijt.

Echografie: Doppler-echografie meet de bloedstroom door de frequentieverschuiving van gereflecteerde golven van bewegende rode bloedcellen te detecteren.

Belangrijk inzicht

Het Dopplereffect is alleen afhankelijk van relatieve beweging. Een stationaire waarnemer en een naderende bron produceren hetzelfde effect als een stationaire bron en een naderende waarnemer (hoewel de wiskunde enigszins verschilt).

Tips

Gebruik voor niet-relativistische snelheden (veel langzamer dan licht) de geluidsformule. Gebruik voor lichte of zeer hoge snelheden de relativistische formule. Het effect is meer uitgesproken bij hoogfrequente golven en hoge snelheden.

Gebruik onze Doppler Effect Calculator om de waargenomen frequentie voor elke bron en waarnemersnelheid te vinden.