הבדלים בין גרסאות בדף "אפקט דופלר"

הוסרו 1,035 בתים ,  לפני 4 שנים
מ
אין תקציר עריכה
מ
{{פירוש נוסף|נוכחי=תופעה בשינוי תדר ואורך גל בשל תנועה|אחר=|ראו=[[דופלר]]}}
'''אֵפֵקְט דוֹפְּלֶר''' או '''תּוֹצָא דוֹפְּלֶר''' (ב[[אנגלית]]: '''Doppler effect''') הוא תופעת שינוי ה[[תדירות]] הנצפית של [[גל]], כתוצאה מ[[תנועה (פיזיקה)|תנועה]] יחסית בין מקור הגל לצופה. האפקט קרוי על שמו של ה[[פיזיקאי]] האוסטרי [[כריסטיאן אנדראס דופלר]]., שחזה את קיומו.
 
דוגמה יומיומית להיווצרות אפקט דופלר: כאשר מכונית המשמיעה [[צליל]] (סירנה או רעש מנוע) נעה יחסית לאדם העומד בצד הכביש. הצליל שנשמע לאוזני האדם גבוה מהצליל האמיתי כאשר המכונית מתקרבת, ונמוך מהצליל האמיתי כאשר המכונית מתרחקת.
 
== גילוי התופעה ==
התופעה נחזתה לראשונה על ידי המתמטיקאי האוסטרי כריסטיאן אנדראס דופלר בשנת [[1842]] בגלי קול. היא אומתה שלוש שנים מאוחר יותר בשנת [[1845]], על ידי המדען ההולנדי [[כריסטוף באלוט]]. בשנת [[1848]], חקר הפיזיקאי הצרפתי [[ארמן איפוליט פיזו]] את התופעה וניסח אותה גם ב[[גלים אלקטרומגנטיים]]. בכך הושלם הניסוח המלא של אפקט דופלר כ-"דחיסה" או "מתיחה" של גלים בנקודת המדידה כתוצאה של תנועה יחסית בין נקודת המדידה לנקודת פליטת הגלים (ללא תלות בתווך).
 
== הסבר אינטואיטיבי ==
== מהות האפקט ==
תדירות הגלים הנפלטים ממקור הגל באפקט דופלר לא משתנה באופן מוחלט. השינוי שיוצר האפקט מובחן רק אצל נקודתבנקודת המדידה הספציפית (הצופה) עקב תנועתה ביחס למקור הגל. אפשר להבין זאת על ידי אנלוגיה למכונה הזורקת כדורי טניס לעבר שחקן. המכונה זורקת את כדוריה לעבר השחקן בקצב קבוע. כשהמכונה נעה לעבר השחקן, הוא יבחין שהתדירות, שבה הוא מקבל כדורים, גבוהה יותר מאשר במצב הנייח. זוהי הדגמה לשינוי בתדירות (קצב קבלת הכדורים) עקב תנועה יחסית של מקור הגל (מכונת כדורי הטניס) לבין נקודת המדידה (שחקן הטניס). קצב קבלת הכדורים ירד כתוצאה מהתרחקות המכונה מן השחקן.
 
=== ניסוח מתמטי ===
'''אפקט דופלר - ===צופה קבוע''' ===
 
אם תדירות הגל הנפלט מסומנת כ-''f''<sub>0</sub>, מהירות מקור הגל כ-''v''<sub>s, r</sub> ומהירות הגל בתווך כ-v, אז תדירות הגל הנמדדת על ידי הצופה תהיה:
<div style="text-align: center;">
<math>f = f_0 \frac {v}{v - v_{s, r}v_s}</math>.
</div>
התוצאה המתקבלת מראה שהאפקט משמעותי יותר ככל שמהירות מקור הגל גדולה יותר.
<math>f = f_0 \frac {v + v_0}{v - v_s}</math>
</div>
{{ש}}
 
כאשר:{{ש}}
* v<sub>0</sub> - מהירות הצופה.{{ש}}
* v<sub>s</sub> - מהירות המקור.{{ש}}
 
אפקט דופלר ב[[גלים אלקטרומגנטיים]] מנוסח בצורה שונה, משום שמהירותם של הגלים האלקטרומגנטיים היא [[מהירות האור]], שהיא מהירות קבועה בכל מערכת. ניסוח אפקט דופלר במקרה זה מתבסס על [[תורת היחסות הפרטית]], אבל התוצאה דומה לתוצאהלזו בגלישבגלי קול. :
 
נוסחת דופלר היחסותית עבור אפקט דופלר בקרינה אלקטרומגנטית היא
<div style="text-align: center;">
<math>\ \frac{\lambda_{\mathrm{obs}}}{\lambda_{\mathrm{emit}}} = \frac{1+v/c}{\sqrt{1-v^2/c^2}} \approx 1 + \frac{v}{c}</math>
</div>
כאשר המהירות v נלקחת בסימןהיא חיוביחיובית כאשראם הגוף מתרחק, c היא [[מהירות האור]], ו<math>\lambdalambda_{\mathrm{obs}}</math> הוא [[אורך גל|אורך הגל]]. עבורהנמדד מהירויותעל לאידי יחסותיותהצופה, מתקבלו-<math>\lambda_{\mathrm{obs}}</math> הביטויהוא המקורבאורך הרשוםהגל בקצההנפלט הימניממקור הגלים. הקירוב בסוף הנוסחה הוא במקרה שמהירות המקור קטנה משמעותית ממהירות האור.
 
==שימושים של אפקטבאפקט דופלר==
[[קובץ:Redshift.svg|שמאל|ממוזער|200px|[[הסחה לאדום]] ב[[ספקטרום]] של [[צביר-על]] של [[גלקסיה|גלקסיות]] רחוקות (ימין), בהשוואה לספקטרום של [[השמש]] שלנו]]
[[קובץ:CarotidDoppler1.jpg|שמאל|ממוזער|200px|[[דימות רפואי|הדמיית]] אולטרה סאונד דופלר של [[עורק תרדמני]] ]]
השימוש היום-יומי באפקט דופלר נפוץ ביותר. [[מכ"ם דופלר]] הוא מכשיר המתבסס על האפקט כדי למצוא מיקום, כיוון התקדמות ומהירות של מטרות שונות. כמו כן, ישנם יישומים נוספים בתחומי ה[[רפואה]] וה[[פיזיקה]].
 
השימוש היום-יומי באפקט דופלר נפוץ ביותר. [[מכ"ם דופלר]] הוא מכשיר המתבסס על האפקט כדי למצוא מיקום, כיוון התקדמות ומהירות של מטרותבנוסף שונות.לשימושים כמוצבאיים כןומשטרתיים, ישנם יישומים נוספים בתחומי ה[[רפואה]] וה[[פיזיקה]].
שימוש נוסף וחשוב מאוד באפקט דופלר הוא ב[[אסטרונומיה]] כדי לקבוע מהירות ומרחק כוכבים וגלקסיות מ[[כדור הארץ]]. חישוב המהירות של העצם נעשית על ידי מדידת ה[[הסחה לאדום]] של [[ספקטרום|החתימה הספקטרלית]] המאפיינת את היסודות המרכיבים אותו.
 
===מכ"ם===
'''<big>שימושים במכ"מ</big>'''
{{ערך מורחב|מכ"ם דופלר}}
[[מכ"ם דופלר]] מאפשר לגלות מהירויות רדיאליות של מטוסים בהתאם לשינויי התדר של הגלים האלקטרו-מגנטים שפוגע במטוס. כלומר בעזרת האפקט, יכולים לחשב את מהירות ההתקרבות/התרחקות של המטוס ביחס למכ"ם. המכ"ם שולח אלומה של גלים אלקטרומגנטים, הפוגעת במטוסים (או בעצמים אחרים באיזור). חלק מהגלים חוזרים אל המכ"ם, ואם הם פוגעים בעצם שנע לכיוון המכ"ם או הרחק ממנו, תדירות האלומה החוזרת תהיה שונה מזו שנשלחה. בהסתמך על השינוי בתדירות, ניתן לחשב את מהירותו של העצם, על פי הנוסחה שניתנה לעיל.
 
גם מד-מהירות אלקטרוני לרכב (ממא"ל) שבשימוש משטרת התנועה פועל באותה שיטה, ומסוגל לחשב את מהירות הרכב הנוסע ולהשוות לסף שנקבע ל[[אכיפה]]. אם המהירות המחושבת גבוהה מהסף שנקבע - המצלמה שבמכשיר תנציח את הרגע.
רוב מכ"מי העקיבה והגילוי מחשבים מהירויות רדיאליות של מטוסים בהתאם לשינויי התדר של הגלים האלקטרו-מגנטים שפוגע במטוס. כלומר בעזרת האפקט, יכולים לחשב את מהירות ההתקרבות/התרחקות של המטוס ביחס למכ"מ.
 
===מד-מהירות אלקטרוני לרכב (ממא"ל) ("מולטנובה") שבשימוש משטרת התנועה===
{{הפניה לערך מורחב|מכמונת מהירות}}
מערכת הכוללת מצלמה ומד-מהירות אלקטרוני. המערכת מצלמת רכב הנע במהירות העולה על המהירות הקבועה כמהירות סף ל[[אכיפה]].
 
עקרון פעולת המערכת מסתמך על אפקט דופלר. מד-המהירות שולח אלומה של גלים אלקטרו-מגנטים בתחום המיקרו. האלומה פוגעת ברכב הנע וחלק מהגלים חוזרים אל מד-המהירות. מכיוון שהרכב נע יחסית למד-המהירות, תדירות האלומה החוזרת תהיה שונה מזו שנשלחה. בהסתמך על השינוי בתדירות, מחשבת המערכת את מהירות הרכב על פי אפקט דופלר, ומשווה אותה לסף שנקבע לאכיפה. אם המהירות המחושבת גבוהה מהסף שנקבע - המצלמה תנציח את הרגע בצילום תמונה, ולתמונה יצורפו נתוני המהירות, השעה והתאריך.
 
===אסטרונומיה===
לכלאור יסודהעובר "קווידרך בליעה"חומר (כלומרנבלע נקודותבתדרים עלמסוימים, ומשאיר "חורים" ב[[ספקטרום]] של האור. בהןחורים הואאלו בולענקראים אור"[[ספקטרום העוברבליעה|קווי דרכו)בליעה]]", מוגדריםוהם שונים מחומר לחומר. כשמודדים [[ספקטרום]] אור המתקבל מכוכבים רואים את קויקווי הבליעה במבנה המוכר ממדידות על כדור הארץ, אולםאלא שהם מוסטים עקב תנועת הכוכב. כשהכוכב מתקרב אלינולכדור תהיההארץ, מתרחשת עלייה בתדירות, תופעה הנקראת [[היסטהסחה לכחול]].; כשהכוכב מתרחק תהיהמתרחשת ירידה בתדירות – [[היסטהסחה לאדום]]. ככל שהמהירות גדולה יותר, כךכן גםגדלה ההיסטיותר גדול יותרההסחה.
 
בניגוד לטעותלדעה רווחתהרווחת, ה[[הסחה לאדום]] הקוסמולוגית שנתגלתה על ידי [[אדווין האבל]] לא נובעת מאפקט דופלר{{הערה|[http://adsabs.harvard.edu/abs/1937MNRAS..97..506H במאמר מ-1937] שולל האבל את גישתגישתו מקשל וויטימקוויטי, שהתייחס להסחה לאדום קוסמולוגית כאל אפקט דופלר (ראו עמ' 513)]}}. היו מדענים (וביניהם [[פריץ צוויקי]]) שניסו להסבירהלהסביר באת התופעה כ"התעייפות האור": כלומר בעליהעליה מתמדת באורך הגל של אור ככל שהדרך שהוא עושה ארוכה יותר, אך. הסברים אלה נשללו אחר ניתוח מדוקדק של התצפיות. [[אדווין האבל|האבל]] עצמו נטה לתמוך באפשרות שההתארכות באורך הגל היא תוצאה של עקרון טבע בלתי ידוע, ואיננה בהכרח נובעת מהתפשטות אמיתית של המרחב{{הערה|[http://apod.nasa.gov/diamond_jubilee/1996/sandage_hubble.html מאמר על האבל באתר של נאסא], ראו פיסקה המתחילה במילים Hubble concluded]}}. כיום מניחים רוב החוקרים שהסחה לאדום קוסמולוגית נובעת מהתמתחות המרחב תוך כדי שהאור עובר דרכו{{הערה|1{{cite book | title =[http Cosmology://books.google.co.il/books?id The Science of the Universe | author1 =eFchAwAAQBAJ&lpg Edward Harrison | language =PA302&ots en | pages =G7VSVINR03&dq 320 | edition =vast%20regions%20of%20expanding%20space.%20As%20a%20result%2C%20all%20wavelengths%20of%20the%20light%20are%20stretched%20by%20the%20expansion%20of%20space.%20It%20is%20as%20simple%20as%20that&pg=PA302#v=onepage&q=vast%20regions%20of%20expanding%20space.%20As%20a%20result,%20all%20wavelengths%20of%20the%20light%20are%20stretched%20by%20the%20expansion%20of%20space.%20It%20is%20as%20simple%20as%20that&f=false הסבר2 ל"הסחה| לאדוםpublisher קוסמולוגית",= עמודCambridge 302University בספרוPress של| אדוארדisbn הריסון= Cosmology:0 The521 Science66148 ofX}} the{{גוגל Universe]ספרים|eFchAwAAQBAJ&lpg=PP1&pg=PA302#v=onepage&q&f=false|חלקי}}.}}
 
==קישורים חיצוניים==