3 حقائق عن تأثير دوبلر للضوء: ماذا ، كيف ، أمثلة والأسئلة الشائعة

ينطبق تأثير دوبلر على كل من الموجات الصوتية كذلك موجات الضوء. لذلك دعونا أولاً نحلل ماهية تأثير دوبلر للضوء.

يتم تعريف تأثير دوبلر للضوء على أنه التغيير في تردد من الضوء الذي يراه المراقب كنتيجة للحركة النسبية للمراقب ومصدر الضوء. نتيجة لذلك ، يمكننا القول أن تأثير دوبلر في الضوء يحدث بنفس الطريقة التي يحدث فيها صوت.

والآن بعد أن علمنا بتأثير دوبلر في الضوء ، سننظر في تأثير دوبلر النسبي ، وصيغته ، وأمثلة الحياة الواقعية ، وأكثر من ذلك بكثير في هذه المقالة.

كيف يعمل تأثير دوبلر مع الضوء؟

ينتقل الضوء دائمًا بنفس السرعة بغض النظر عن الإطار المرجعي المستخدم ؛ التغيير الوحيد في طاقتها. لذا ، دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل تأثير دوبلر مع الضوء.

يحدد الطول الموجي للضوء طاقة الضوء. وهكذا ، بينما يتحرك المصدر والمراقب بالنسبة لبعضهما البعض ، يتغير الطول الموجي للضوء الذي يصدره المصدر عندما يدركه المراقب. يشار إلى هذه الظاهرة باسم تأثير دوبلر.

تأثير دوبلر لأمثلة ضوئية:

تحدث ظاهرة تأثير دوبلر في الضوء في الحياة الواقعية. دعونا نرى ذلك من خلال الأمثلة الواردة أدناه:

• بسبب توسع الكون ، فإن الضوء الذي نحصل عليه من الأجسام البعيدة (مثل النجوم) ينزاح نحو الأحمر.
• يتم قياس سرعة السيارة المارة بكاميرا السرعة باستخدام تأثير دوبلر للضوء.

تأثير دوبلر النسبي للضوء:

يظهر تأثير دوبلر في الضوء بسبب الحركة النسبية للمراقب والمصدر. لذلك دعونا نلقي نظرة فاحصة على تأثير دوبلر النسبي في الضوء.

يحصل المراقب على الموجة بتردد f أو الطول الموجي 𝜆 عندما يكون كل من المصدر والمراقب ثابتًا. افترض أن مصدر الضوء في الإطار يصدر ضوءًا بطول الموجة 𝜆_s في الوقت ر_s ويتحرك بعيدًا عن الإطار الثابت بسرعة v. (يفترض أنه ثابت).

وفقًا النسبية الخاصة من الناحية النظرية ، تعتمد التغييرات في فترات الوقت والطول على الحركة النسبية للمراقب. وبالتالي ، من خلال تطبيق معادلة تحويل لورنتز على إطار متحرك نسبيًا من المراجع ، نحصل على المعادلة التالية لطول الموجة كما تم قياسه بواسطة المراقب:

(عندما 𝑣 = ᥆ ، ثم 𝜆_o = 𝜆_s)

لكن ، 𝜆 / t = c (حيث ، c هي سرعة الضوء)

وبالتالي ، يمكن كتابة المعادلة أعلاه على النحو التالي:

بتبسيط المعادلة أعلاه نحصل على الطول الموجي الذي يلاحظه المراقب:

تفترض هذه المعادلة أن المصدر يتحرك بعيدًا عن المراقب. ومن ثم ، تكون السرعة v موجبة عندما يتحرك المصدر بعيدًا عن المراقب وسالب عندما يتحرك المصدر نحو المراقب.

يمكن التعبير عن هذه المعادلة على النحو التالي من حيث تردد المصدر والتردد المرصود:

f_o = ج / 𝜆_o

وهكذا،

المعادلتان (1) و (2) هي المعادلات المطلوبة لتأثير دوبلر.

الانزياح الأحمر والأزرق:

يحدد تردد الضوء لونه. التغيير في تردد المصدر والمراقب بسبب حركتهما النسبية هو أ الانزياح نحو الأحمر و blueshift. دعونا نلقي نظرة على ما يعنيه ذلك.

• عندما يتحرك مصدر الضوء بعيدًا عن المراقب ، يتلقى المراقب موجة تردد أقل من المصدر. حقيقة أن اللون الأحمر له أدنى تردد في الطيف المرئي ينتج عنه تحول إلى النهاية الحمراء للطيف. يُعرف باسم الانزياح الأحمر في علم الفلك.
• عندما يقترب مصدر الضوء من المراقب ، يتلقى المراقب موجة تردد أعلى من المصدر. حقيقة أن اللون الأزرق له أعلى تردد في الطيف المرئي ينتج عنه تحول إلى الطرف الأزرق من الطيف. يُعرف باسم التحول الأزرق في علم الفلك.

الخلاصة:

يوضح لنا هذا المقال أن كونك موجة ضوئية تختبر أيضًا تأثير دوبلر ، تمامًا كما يفعل الصوت. تحدث هذه الظاهرة بسبب السرعة النسبية لباعث الضوء والمراقب. نصل إلى فكرة أن الكون يتمدد بفضل تأثير دوبلر للضوء.