Dopplervaikutukseen

Dopplervaikutus on ilmiö, jossa havaittavan aallon taajuus tai aallonpituus muuttuu, kun lähde ja havainnoija liikkuvat toisiinsa nähden suhteen. Tämä koskee sekä mekaanisia aaltoliikkeitä, kuten ääntä, että sähkömagneettisia aaltoja, kuten valoa. Ilmiön nimeä käytti ensimmäisen kerran saksalainen fyysikko Christian Doppler vuonna 1842.

Soundin doppler-vaikutus syntyy silloin, kun sekä äänen lähde että kuulija liikkuvat kohti tai poispäin toisistaan. Kun ne ovat lähempänä, havaittu taajuus nousee; kun ne erkanevat, taajuus laskee. Laskukaava pienintä taajuuden muutosta kuvaa: f' = f0 (v ± vo) / (v ∓ vs), missä v on aaltoliikkeen nopeus väliaineessa, vo on havainnoijan nopeus kohti lähdettä ja vs lähteen nopeus kohti havainnoijaa. Dopplerin vaikutusta hyödyntävät muun muassa radar- ja lidarlaitteet sekä lääketieteellinen ultraääni.

Valon doppler-vaikutus on relativistinen, koska valo liikkuu vakionopeudella c. Lähestyessä havaittava taajuus kasvaa (blueshift) ja loitoutuessa pienenee (redshift). Käytännön kaava kuvaa suhteellista nopeutta β = v/c: f' = f0 sqrt((1 + β) / (1 - β)) lähestyessä, ja f' = f0 sqrt((1 - β) / (1 + β)) peräytyessä. Kun nopeudet ovat pienempiä kuin c, voidaan käyttää likimääräistä approksimaatiota f' ≈ f0 (1 ± v/c).

Sovelluksia ovat tähtitiede ja kosmologia (etäisyydellä liikkuvien galaksien spektrin siirtymät), radiotekniikka ja meteorologia (radari- ja lidarjärjestelmät), lääketiede (doppler-ultraäänikuvaus) sekä liikennevalvonta. Dopplervaikutus riippuu ensisijaisesti radiaalista nopeudesta eli siitä, miten nopeus suuntautuu havaitsijaa kohti.