Bir otobanda olduğunuzu düşünün ve yol kenarındasınız. Yol üzerinde ise oldukça hızlı olan otomobiller ya da diğer taşıtlar yanınızdan geçmektedir. Eğer biraz dikkatli iseniz bir şeyler fark etmişsinizdir. Siz sabit iken size doğru hızla gelen bir aracın sesi tiz bir sesdedir ve o araç sizden uzaklaştığında ise sesi daha kalındır. İşte bu fark ettiğiniz olay bir doppler olayıdır (doppler etkisi). Doppler olayı ses gibi mekanik dalgalar ile ışık gibi elektromanyetik dalgalarda kaynak-gözlemci arasındaki ilişkiyi açıklamaya çalışan bir fiziksel yasadır. Doppler etkisini 1842 yılında Christian Andreas Doppler tarafından bulunmuştur.
Yukarıda verdiğimiz örneği biraz daha irdeleyerek doppler olayını açıklamaya çalışalım. Hızla gelen araç size yaklaştığında oluşturduğu ses dalgaları daha küçük aralıklarla yani daha küçük dalga boyları ile yayılır. O halde siz daha sık frekansta ses dalgalarına maruz kalarak daha tiz bir ses duyacaksınız. Araç sizden uzaklaştığında ise ses dalgalarının arasındaki aralıklar genişleyecek ve siz daha büyük dalga boylu ama küçük frekanslı ses dalgalarına maruz kalarak sesi daha kalın olarak duyacaksınız. İşte doppler olayı fiziksel olarak bu yaşadığımızı böyle yorumlamakta ve bunu matematiksel olarak da ifade etmektedir.
Doppler etkisi veya olayı için matematiksel hesaplamalar yaparken mekanik dalgalar için, dalga kaynağı ve gözlemcinin birbirine göre konum, yön ve hızlarının yanında dalganın içinde veya üzerinde hareket ettiği dalganın yapısı (kimyasal özellikleri, iletkenlik katsayısı vs) dikkate alınmalıdır. Ancak elektromanyetik dalgalar için yapılan hesaplamalarda dalga kaynağının ve gözlemcinin birbirine olan konumlarındaki değişikliklerin göz önüne alınması yeterlidir. Yine doppler olayı ile ilgili hesaplamalarda şu öncelikli olarak bilinmelidir; dalga frekansı tamamıyla sabittir. Yani dalga frekansı değişmiyor ama kaynağına ve gözlemciye göre frekans farklı algılanmaktadır. Bunun sebebi ise dalgaları algılayan gözlemcinin dalga boylarını farklı algılamasından kaynaklanmaktadır. Yani gözlemci dalga boyunu olduğunun dışında algılıyor ve haliyle de dalga boyu frekans ilişkisinden dolayı gerçek frekansı fark edemiyor.
Matematiksel formüller için wikipedia’daki Doppler etkisi sayfasını ziyaret edebilirsiniz [1].
Fizeau
Doppler etkisi bir de 1848 yılında Fransız fizikçi Hippolyte Fizeau tarafından ışık gibi elektromanyetik dalgalar üzerinden denenmiş ve incelenmiş. Ancak Fizeau bu çalışmayı yaparken Doppler’in bulduğu Doppler olayından haberi yoktu.
Fizeau ışığın doppler etkisi ile açıklanacak bir özelliğini buldu. Örneğin uzak yıldızların renklerinin kızıla ya da maviye kayması doppler olayı ile açıklanmaktadır. Doppler olayına göre Dünya’dan uzaklaşan bir ışığın rengi kızıla kayacaktır, ışık Dünyaya yaklaştığında ise ışığın rengi maviye yaklaşacaktır. O hâlde burada Dünya gözlemci durumunda olacak ışık kaynağı ise bir yıldız vs olabilir. Işığın renginin değişmesi demek dalga boyunun değişmesi demektir. O zaman Dünya yani daha doğrusu bizler izlediğimiz ışığın dalga boyunun değiştiğini düşüneceğiz ama biliyoruz ki mekanik dalgalarda dalganın frekansı daima sabit işte o zaman ışığın da dalga boyunun ve frekansının sabit olduğunu göz önünde bulundurup ilgili matematiksel hesaplamalarla ışığın kaynağının Dünya’dan ne kadar uzakta olduğunu öğrenebiliriz. 1960 yılının başlarında Harvard’tan Fizikçilerin yaptığı bir deney ile ışıkta doppler etkisi kanıtlanmış oldu. Yapılan deneyde 20 metrelik bir yükseklikte ışığın rengindeki değişimi saptamaktı ve deney sonucunda ışığın renginde katrilyonda bir oranında da olsa bir değişim gözlenmiş.
Doppler etkisini astronomlar az önce bahsettiğim şekilde kullanmaktalar bunun dışında radarlarda da doppler olayının etkisini görebiliriz…
Hazırlayan: Gökhan Atmaca / http://twitter.com/kuarkatmaca | Tarih: 06.06.08
Kaynaklar:
- http://tr.wikipedia.org/wiki/Doppler_Etkisi
- http://www.onlinefizik.com/content/view/150/108/
- Modern Fiziğin Doğuşu, Gökhan Atmaca ve Talha Zafer, KBT e-Kitap
