Codziennie spotykasz się w swoim życiu z efektem Dopplera, chociaż możesz nie zdawać sobie z tego sprawy. Christian Andreas Doppler opublikował w 1842 roku tekst, w którym opisał zaobserwowany przez siebie efekt. Obserwacja dotyczyła kosmosu. Zauważył on, że ruch w układzie gwiazd podwójnych powoduje zmianę koloru ich światła. W 1845 roku Christoph Henrik Diederik Buys Ballot przeprowadził doświadczenie potwierdzające przypuszczenia Dopplera – grupa muzyków wsiadła na jego prośbę do pociągu i grała jeden ton. Naukowiec słuchał ich, siedząc na stacji, gdy pociąg go mijał. Zaobserwował, że dźwięk instrumentów jest wyższy, kiedy pociąg zbliżał się do niego, a gdy się oddalał, dźwięk stawał się niższy. Zmiana wysokości dźwięku była zgodna z wcześniejszymi obliczeniami Dopplera.
Czym jest efekt Dopplera?
Zjawisko nazywane efektem Dopplera polega na pozornej zmianie częstotliwości fal spowodowanej ruchem obserwatora albo samego źródła fali. Dźwięk emitowany jest cały czas na jednej wysokości, ale jeżeli jego źródło się porusza, a obserwator nie (albo odwrotnie), to będzie on słyszał zmiany jego tonu. Wynika to z ruchu źródła dźwięku lub obserwatora. Kiedy źródło dźwięku albo obserwator nie poruszają się, efekt Dopplera nie zachodzi. Efekt ten jest spowodowany faktem, iż odstępy między kolejnymi falami zmieniają się, kiedy ich źródło lub obserwator znajdują się w ruchu, wzajemnie się do siebie przybliżając albo oddalając.
W jaki sposób efekt Dopplera jest wykorzystywany podczas analizy drgań?
Zjawisko Dopplera jest wykorzystywane w laserowych pomiarach drgań. Częstotliwość fali odbijającej się od ruchomego obiektu zmienia się. Kiedy obiekt zbliża się do źródła fali, częstotliwość fali odbitej rośnie. Kiedy obiekt oddala się, częstotliwość fali odbitej maleje. Zmiana częstotliwości fali odbitej jest uzależniona od prędkości obiektu w kierunku rozchodzenia się fali.
Podczas takich pomiarów stosuje się dopplerowski wibrometr laserowy, czyli precyzyjny przetwornik optyczny przeznaczony do określania prędkości drgań oraz przemieszczeń w ustalonym punkcie. Ta nowoczesna technika pomiarowa opiera się na efekcie Dopplera, gdyż wykrywane jest przesunięcie częstotliwości światła odbitego od poruszającej się powierzchni.
Wibrometr laserowy emituje promień lasera, który odbija się od danego obiektu. Jeżeli wystąpią jakiekolwiek drgania, następuje też zmiana częstotliwości fali świetlnej, która proporcjonalna jest do prędkości drgań. Dane otrzymane, wykorzystując tę metodę, mogą stać się podstawą do dalszej analizy.
Dopplerowska wibrometria Laserowa (LDV) jest metodą, która oferuje najlepszą możliwą rozdzielczość prędkości i przemieszczeń drgań i jest wykorzystywana w wielu dziedzinach nauk podstawowych.