3 fatti sull'effetto Doppler per la luce: cosa, come, esempi e domande frequenti

L'effetto Doppler si applica sia alle onde sonore che a onde luminose. Quindi analizziamo prima cos'è l'effetto doppler della luce.

L'effetto Doppler della luce è definito come il cambiamento del frequenza di luce vista dall'osservatore come risultato del moto relativo dell'osservatore e della sorgente di luce. Di conseguenza, possiamo dire che l'effetto doppler nella luce si verifica nello stesso modo in cui accade suono.

Quindi, ora che conosciamo l'effetto doppler alla luce, esamineremo l'effetto doppler relativistico, la sua formula, i suoi esempi di vita reale e molto altro in questo articolo.

Come funziona l'effetto doppler con la luce?

La luce viaggia sempre alla stessa velocità indipendentemente dal sistema di riferimento utilizzato; l'unico cambiamento è nella sua energia. Quindi, diamo un'occhiata a come funziona l'effetto Doppler con la luce.

La lunghezza d'onda della luce determina l'energia della luce. Pertanto, mentre la sorgente e l'osservatore si muovono l'uno rispetto all'altro, la lunghezza d'onda della luce che la sorgente emette cambia quando viene percepita dall'osservatore. Questo fenomeno prende il nome di effetto Doppler.

Effetto Doppler per esempi di luce:

Il fenomeno dell'effetto Doppler nella luce si verifica nella vita reale. Vediamolo attraverso gli esempi riportati di seguito:

  • A causa dell'espansione dell'universo, la luce che riceviamo da oggetti distanti (come le stelle) è spostata verso il rosso.
  • La velocità dell'auto che passa viene misurata da un autovelox utilizzando l'effetto Doppler della luce.

L'effetto doppler relativistico per la luce:

L'effetto Doppler nella luce è visto a causa del moto relativistico dell'osservatore e della sorgente. Diamo quindi un'occhiata più da vicino all'effetto doppler relativistico nella luce.

L'osservatore ottiene l'onda con frequenza f o lunghezza d'onda 𝜆 quando la sorgente e l'osservatore sono entrambi fermi. Supponiamo che una fonte di luce nell'inquadratura emetta luce di lunghezza d'onda 𝜆s nel tempo ts e si allontana dal telaio stazionario alla velocità v. (assunta costante).

Quando la sorgente si allontana dall'osservatore, la lunghezza d'onda ricevuta dall'osservatore viene allungata

Secondo Relatività speciale teoria, i cambiamenti negli intervalli di tempo e di lunghezza si basano sul moto relativo dell'osservatore. Pertanto, applicando l'equazione della trasformazione di Lorentz a un quadro di riferimento relativamente mobile, otteniamo la seguente equazione per la lunghezza d'onda misurata dall'osservatore:

(Quando 𝑣 = ᥆, allora 𝜆o = 𝜆s)

Ma, 𝜆 / t = c (Dove, c è la velocità della luce)

Pertanto, l'equazione precedente può essere scritta come:

Semplificando l'equazione precedente otteniamo la lunghezza d'onda osservata dall'osservatore:

equazione (1)

Questa equazione presuppone che la sorgente si stia allontanando dall'osservatore. Quindi, la velocità v è positiva quando la sorgente si allontana dall'osservatore e negativa quando la sorgente si avvicina all'osservatore.

Questa equazione può essere espressa come segue in termini di frequenza sorgente e frequenza osservata:

fo = c/𝜆o

Così,

Equazione (2)

Le equazioni (1) e (2) sono le equazioni richieste per l'effetto Doppler.

Spostamento verso il rosso e spostamento verso il blu:

La frequenza della luce definisce il suo colore. Un cambiamento di frequenza della sorgente e dell'osservatore causato dal loro moto relativo è a redshift e spostamento verso il blu. Diamo un'occhiata a cosa significa.

  • Quando la sorgente luminosa si allontana dall'osservatore, l'osservatore riceve un'onda di frequenza inferiore rispetto alla sorgente. Il fatto che il colore rosso abbia la frequenza più bassa nello spettro visibile produce uno spostamento verso l'estremità rossa dello spettro. È noto come spostamento verso il rosso in astronomia.
  • Quando la sorgente di luce si avvicina all'osservatore, l'osservatore riceve un'onda di frequenza più alta rispetto alla sorgente. Il fatto che il colore blu abbia la frequenza più alta nello spettro visibile produce uno spostamento verso l'estremità blu dello spettro. È noto come spostamento verso il blu in astronomia.
Crediti immagine: Spostamento rosso_Spostamento blu di, Aleš Tošovský (CC BY-SA 3.0)

Conclusione:

Questo articolo ci mostra che essere un'onda luminosa sperimenta anche l'effetto Doppler, proprio come fa il suono. Questo fenomeno si verifica a causa della velocità relativa dell'emettitore di luce e dell'osservatore. Arriviamo all'idea che l'universo si stia espandendo grazie all'effetto Doppler della luce.

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