Dopplereffekten

Der Dopplereffekt beschreibt die Änderung der beobachteten Frequenz oder Wellenlänge einer Welle, die von einer Quelle ausgeht, die sich relativ zu einem Beobachter bewegt. Das Phänomen gilt grundsätzlich für alle Arten von Wellen, besonders aber für Schallwellen und elektromagnetische Wellen wie Licht. Die beobachtete Frequenz hängt von der Relativgeschwindigkeit zwischen Quelle und Beobachter ab.

Beim Schall in einem Medium wie Luft bestimmt die Bewegung beider Parteien die Distanz der sich fortpflanzenden Wellenfronten. Die Geschwindigkeit des Mediums (etwa die Schallgeschwindigkeit v) sowie die Geschwindigkeiten des Beobachters v_o und der Quelle v_s relativ zum Medium spielen eine Rolle.

Für Schall gilt die übliche Langformel f' = f · (v + v_o) / (v − v_s). Positive Vorzeichen bedeuten, dass der Beobachter sich der Quelle nähert bzw. die Quelle sich vom Beobachter entfernt. Ist der Beobachter stationär, aber die Quelle bewegt sich, ändert sich der Nenner entsprechend und das Frequenzmaß verändert sich.

Bei Licht, das sich mit v nahe der Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, dominiert die Relativität. Der relativistische Doppler-Effekt wird durch f' = f · sqrt((1 ± β)/(1 ∓ β)) beschrieben, wobei β = v/c und das Pluszeichen für Bewegung auf den Beobachter zu, das Minuszeichen für eine Bewegung vom Beobachter weg. Allgemein gilt auch f' = f γ(1 − β cos θ).

Anwendungen reichen von Radar- und Ultraschallmessungen über Astronomie (Rotverschiebung bzw. Blueshift) bis zu akustischen Messungen in der Technik. Die Doppler-Waage liefert Informationen über Geschwindigkeit, Bewegung und Richtung von Objekten.

Der Effekt ist nach dem österreichischen Physiker Christian Doppler benannt, der ihn 1842 formulierte.