Büyük bir kaza yaşadınız, durumunuz ağır olmasına rağmen bilinciniz açık ve sizi bindirdikleri ambulans siren sesini açarak büyük bir hızla sizi hastaneye yetiştirmeye çalışıyor. Her zaman kullandığınız trafiği çok olan o yoldan gidiyorsunuz ama ambulans neredeyse hiç durmadı bile. Her saniyenin sizin için önemli olduğunu düşünen trafikteki herkese teşekkür etmek istiyorsunuz. Ama teşekkür etmeyi unutacağınız çok önemli biri olduğuna eminim. O kişi Christian Andreas Doppler.

doppler_effect_by_hyruwen

Doppler size nasıl yardım etmiş olabilir? Daha ambulansı görmeden siren sesini dinleyerek ambulansın onlara yaklaştığını fark eden sürücüler sizin için yolu önceden açarak hayatınızı kurtardılar. Çok doğal bir olgu gibi görünse de sesin frekansına bağlı olan ses yüksekliğini, ses kaynağı değişmeden değişiyormuş gibi algılamak oldukça ilginç bir etki.durgun-ambulans

Ambulans örneğini kullanarak Doppler etkisini açıklamaya devam edelim. Henüz hareket etmemiş ama sirenini açmış ambulansdan yayılan ses dalgaları şekil 1 de gösterildiği gibi olur.

Ama ambulans hareket etmeye başladığında işler değişir(Şekil 2). Ambulansın önünde ve arkasında bulunan kişiler aynı kaynaktan çıkan sesin yüksekliğini farklıymış gibi algılarlar.

vvvv

Şekil 2: hareket halindeki ambulans ve doppler etkisi

Bu farklılığın nedeni ambulansın hareketinden dolayı, ambulansın ön kısmından yayılan dalgaların birbirine yaklaşması yani dalga boylarının küçülmesi, ambulansın arka kısmında ise dalga boyunun (ʎ: iki dalga tepesi veya çukuru arasındaki mesafe) büyümesinden kaynaklanmaktadır. Dalga boyu da frekansla ilişkili olduğundan dolayı ambulans gözlemciye yaklaştığında yüksek frekanslı (daha ince ses) uzaklaştığında ise düşük frekanslı (daha kalın ses)ses duyduğunu düşünecektir.(* frekans (f); 1 saniyede belli bir noktadan geçen dalga sayısı. Periyot (T);1 dalganın ne kadar sürede oluştuğunun ölçüsü).

T =1 / f = ʎ / vses

Bu denkleme göre frekans ve dalga boyu arasında ters bir ilişki var. Yani dalga boyu küçüldüğünde frekans artacak, dalga boyu büyüdüğünde ise frekans azalacaktır.

Yani kaynağa bağlı olan frekansın değişmemesine rağmen, kaynak ve gözlemcinin aralarındaki mesafe değişiminden dolayı frekansın değişiyormuş gibi algılanmasından kaynaklanan bir etkidir Doppler.

Doppler etkisi yalnızca ses dalgasında gözlenen bir etki de değil üstelik. Görünür ışık da dahil olmak üzere elektromanyetik dalgalar da görülen bir etki. Tek farkı, ses hızını değil de ışık hızını baz almak.

Dopplerin günlük hayatımızda kullanım alanları ise;

Polis radarları, araçların hızlarını tespit etmek için kullanılan radarlarda doppler etkisinden faydalanılır. Çalışma laser-radar-gunprensibi ise oldukça basittir. Yolun kenarında yerini alan polis memuru yaklaşmakta olan araca radyo dalgaları gönderen silahını ateşler. Araba hareket ettiğinden dolayı arabaya çarpıp geri dönen dalganın frekansı, gönderilen dalganın frekansından farklı olacaktır. Frekans da meydana gelen bu değişimi hesaplayarak aracın hızı hesaplanır ve trafik canavarları başarıyla yakalanır.

Meteoroloji de kullanılan radarlar da Doppler etkisi prensibine dayalı olarak çalışır. Bunların dışında astronomide, hareket eden yıldızların frekanslarındaki değişimler hesaplanarak evrenin genişlemesi hakkında bilgi sahibi olunur.

ddd


Gözlemlenen bu etkiyi hesaplamak isteyenler için (ses dalgası için);

sessssʎ’’= d – dkaynak

ʎ’’ = ʎ – Vkaynak x T

= ʎ – Vkaynak X (ʎ / Vses)

= ʎ (1 – Vkaynak / Vses)

Bu denklemde her iki taraftan da ʎ’yı çıkartırsak dalga boyundaki değişim miktarını, Δʎ’yı buluruz;

Δʎ = ʎ’’ – ʎ = -ʎ(Vkaynak / Vses)

Denklemden de anlaşıldığı gibi, dalga boyundaki değişim ses kaynağının hızı ile doğru orantılı.

Gözlemci tarafından algılanan frekansa (f’’) bakacak olursak;

f’’ =  Vses / ʎ’’ = Vses / ʎ(1 – Vkaynak / Vses)

f

= Vses / ʎ olduğuna göre;

Duran bir gözlemciye doğru hareket etmekte olan ses kaynağının algılandığı frekans değeri;

f’’ = f / (1- Vkaynak / Vses)

Duran bir gözlemciden uzaklaşan ses kaynağının algılanan frekans değeri ise;

f’’ = f / (1+ Vkaynak / Vses)