Dopplervaikutus

Doppler-vaikutus, tai dopplervaikutus, on ilmiö, jossa havaittu aallon taajuus tai aallonpituus muuttuu, kun lähde ja havitsija liikkuvat suhteessa toisiinsa. Se pätee kaikkiin aaltoihin, kuten ääni-, valo- ja vettä pitkin eteneviin aaltoihin. Käytännössä liikkeestä johtuva taajuuden muutos ilmenee esimerkiksi, kun torven suusta tuleva ääni kuullaan eri tavalla liikkuvan kuuntelijan lähellä kuin paikallaan olevan kuuntelijan.

Matemaattisesti doppler-vaikutusta voidaan tarkastella kahdella pääperiaatteella. Äänen suhteen, jossa aallonnopeus v on medioiden nopeus (esim. ilman lämpötilan mukaan), havaittu taajuus f' määräytyy yhteenvedolla f' = f (v ± vo) / (v ∓ vs). Tässä f on alkuperäinen taajuus, vo on havitsijan nopeus kohti lähdettä ja vs on lähteen nopeus kohti havitsijaa. Merkit ovat plus, kun havaitsija liikkuu kohti lähdettä, ja miinus, kun hän pakenee. Tämä muutos näkyy yleisesti käytännön mittauksissa kuten radarteknologioissa ja älypuhelinten äänisovelluksissa.

Valon doppler-vaikutus on relativistinen. Silloin taajuuden muutos noudattaa f' = f sqrt((1+β)/(1-β)), missä β = v/c ja c on valon nopeus. Kun lähde tai havitsija etenee kohti, havaittu taajuus kasvaa (sin. blueshift); kun ne erkanevat, taajuus pienenee (redshift). Tämä havaitaan muun muassa galaksien punasävyssä ja kosmisen taustasäteilyn tutkimuksessa.

Sovelluksia doppler-vaikutuksella on laajalti: astronomiassa taajuuslaitteiden vuoraama punasävy mittaa liikettä, tutissa ja ultraäänessä kuvaillaan kudosten liikkeitä, sekä liikennevalvonnassa nopeusmittauksissa ja radarjärjestelmissä. Doppler-efekti on keskeinen työkalu sekä teoreettisessa että soveltavassa fysiikassa. Historiaan liittyy Christian Dopplerin 1800-luvun tutkimukset.