ಡಾಪ್ಲರ್ ಪರಿಣಾಮ

ಡಾಪ್ಲರ್ ಪರಿಣಾಮವು (ಅಥವಾ ಡಾಪ್ಲರ್ ವರ್ಗಾವಣೆ) ವೀಕ್ಷಕ ತನ್ನ ನೇರದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುವಾಗ ತರಂಗಾವರ್ತನೆಯಲ್ಲಿ ಆಗುವ ಬದಲಾವಣೆ. ಈ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಪ್ರೇಗ್‌ನಲ್ಲಿ ಆಸ್ಟ್ರಿಯನ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ಕ್ರಿಶ್ಚಿಯನ್ ಡಾಪ್ಲರ್(Christian Doppler) ೧೮೪೨ ರಲ್ಲಿ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದನು. ಒಂದು ತರಂಗದ (ಶಬ್ದ ಅಥವಾ ಬೆಳಕು) ಮೂಲ, ಅದು ಚಲಿಸುವ ಮಾಧ್ಯಮ ಮತ್ತು ಅದರ ಗ್ರಾಹಕನ ಚಲನೆಯೊಂದಿಗೆ ತರಂಗದ ಗ್ರಹೀತ ಆವರ್ತಾಂಕವನ್ನು ಡಾಪ್ಲರನ ಪರಿಣಾಮ ಸಮೀಕರಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ನಾವು ಒಂದು ವಾಹನ ನಮ್ಮತ್ತ ಬರುತ್ತಿರುವಾಗ ಮತ್ತು ಅದು ತಮ್ಮಿಂದ ದೂರ ಚಲಿಸುತ್ತಿಇರುವಾಗ ಅದರ ಸೈರನ್ನು(siren) ಮೂಲಕ ಸುಲಭವಾಗಿ ಗುರುತಿಸಬಹುದು. ತರಂಗದ ಮೂಲ ನಮ್ಮನ್ನು ಸಮೀಪಿಸುವಾಗ ಒಂದು ಸೆಕೆಂಡಿನಲ್ಲಿ ಹೊರಹೊಮ್ಮಲ್ಪಟ್ಟ ತರಂಗಗಳು ಒಂದು ಸೆಕೆಂಡಿಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ನಮ್ಮನ್ನು ತಲುಪುತ್ತವೆ. ಹೀಗೆ ಆವರ್ತಾಂಕ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ. ಹಾಗೆಯೇ, ತರಂಗಮೂಲ ನಮ್ಮಿಂದ ದೂರಸರಿಯುತ್ತಿರುವಾಗ ಒಂದು ಸೆಕೆಂಡಿನಲ್ಲಿ ಹೊರಹೊಮ್ಮಿದ ತರಂಗಗಳು ನಮ್ಮನ್ನು ತಲುಪಬೇಕಾದರೆ ಒಂದು ಸೆಕೆಂಡಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಸಮಯ ಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆ ತರಂಗದ ಗ್ರಹೀತ ಆವರ್ತಾಂಕ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ತರಂಗದ ಮೂಲ ಸ್ಥಿರವಾಗಿದ್ದು ಗ್ರಾಹಕ ಮೂಲಕ್ಕೆ ಸಾಪೇಕ್ಷವಾಗಿ ಚಲಿಸಿದಾಗಲೂ ಈ ರೀತಿ ಆವರ್ತಾಂಕದಲ್ಲಿ ಬದಲಾವಣೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

ಡಾಪ್ಲರ್ ಪರಿಣಾಮದ ಸಚಿತ್ರ ಆನಿಮೇಶನ್.

ಇತಿಹಾಸ

ಡಾಪ್ಪರನ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ೧೮೪೨ರಲ್ಲಿ ಡಾಪ್ಲರ್ ತನ್ನ ಪ್ರಥಮಬಾರಿಗೆ ತನ್ನ ಅಧ್ಯಯನ Über das farbige Licht der Doppelsterne und einiger anderer Gestirne des Himmels (ಯಗಳ ನಕ್ಷತ್ರಗಳ ಹಾಗೂ ಸ್ವರ್ಗದ ಕೆಲವು ನಕ್ಷತ್ರಗಳ ಬಣ್ಣದ ಬೆಳಕಿನ ಕುರಿತು)ದಲ್ಲಿ ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದನು.^[೧] ಡಾಪ್ಲರನ ಈ ಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು C. H. D. Buys Ballot ೧೮೪೫ರಲ್ಲಿ ಶಬ್ದತರಂಗಗಳಿಗೆ ಅನ್ವಯಿಸುವಂತೆ ಪರೀಕ್ಷಿಸಿದ. ^[೨] ಶಬ್ದದ ಮೂಲ ಆತನನ್ನು ಸಮೀಪಿಸಿದಾಗ ಶಬ್ದದ ಮಟ್ಟ (pitch) ಮೂಲ ಆವರ್ತಾಂಕಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿದ್ದು ಹಾಗೂ ಶಬ್ದದ ಮೂಲ ಆತನಿಂದ ದೂರ ಸರಿದಾಗ ಶಬ್ದದ ಮಟ್ಟ ಮೂಲ ಆವರ್ತಾಂಕಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಇದ್ದುದನ್ನು ಆತ ದ್ರಢಪಡಿಸಿದ. ಇದೇ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು ೧೮೪೮ರಲ್ಲಿ Hippolyte Fizeau ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಅಲೆಗಳಲ್ಲಿ ಕಂಡುಹಿಡಿದ. (ಫ್ರಾನ್ಸ್ನಲ್ಲಿ ಈ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು ಡಾಪ್ಲರ್-ಫಿಝು ಪರಿಣಾಮ ಎಂದೂ ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಡಾಪ್ಲರನಿಗಿಂತ ಫಿಝು ಆರು ವರ್ಶಗಳ ತರುವಾಯ ಈ ಶೋಧ ಮಾಡಿದುದರಿಂದ ಪ್ರಪಂಚದ ಉಳಿದೆಡೆ ಅದನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸುವುದಿಲ್ಲ)^[೩] ಬ್ರಿಟನ್ನಿನಲ್ಲಿ ಜಾನ ಸ್ಕಾಟ ರಸ್ಸೆಲ ೧೮೪೮ರಲ್ಲಿ ಡಾಪ್ಲರನ ಪರಿಣಾಮದ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಿದ.* ^[೪]

ವಿವರಣೆ

ಶಬ್ದ ತರಂಗಕ್ಕೆ ಡಾಪ್ಲರನ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಈ ರೀತಿಯಾಗಿ ಅನ್ವಯಿಸಬಹುದು: fR=fT(1+vR/V)/(1-vs/V) ಇಲ್ಲಿ V ಆಯಾ ಮಾಧ್ಯಮದಲ್ಲಿ (ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಗಾಳಿ) ಶಬ್ದ ತರಂಗದ ವೇಗ, vs ತರಂಗಮೂಲದ ವೇಗ. ತರಂಗಮೂಲ ಗ್ರಾಹಕನ ಕಡೆಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತಿದ್ದರೆ ಅದರ ವೇಗವನ್ನು ಧನಾತ್ಮಕವೆಂದೂ, ಅದು ಗ್ರಾಹಕನಿಂದ ದೂರ ಸರಿಯುತ್ತಿದ್ದರೆ ಅದರ ವೇಗವನ್ನು ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿಯೂ ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. vR ಎಂದರೆ ಗ್ರಾಹಕನ ವೇಗ. ಗ್ರಾಹಕ ತರಂಗಮೂಲದೆಡೆಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತಿದ್ದರೆ ಈ ವೇಗ ಧನಾತ್ಮಕವಾಗಿಯೂ, ತರಂಗಮೂಲದಿಂದ ದೂರ ಚಲಿಸುತ್ತಿದ್ದರೆ ಇದು ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿಯೂ ಇರುತ್ತದೆ. fT ಎಂದರೆ ತರಂಗಮೂಲ ಹಾಗೂ ಗ್ರಾಹಕ ಎರಡೂ ಸಾಪೇಕ್ಷವಾಗಿ ಸ್ಥಿರವಾಗಿದ್ದರೆ, ತರಂಗಮೂಲದಲ್ಲಿ ತರಂಗದ ಆವರ್ತಾಂಕ. fR ತರಂಗಮೂಲ ಹಾಗೂ ಗ್ರಾಹಕ ಪರಸ್ಪರ ಸಾಪೇಕ್ಷಚಲನೆಯಲ್ಲಿದ್ದರೆ, ಗ್ರಾಹಕ ಗ್ರಹಿಸುವ ತರಂಗ ಆವರ್ತಾಂಕ. ಶಬ್ದ ಹಾಗೂ ಬೆಳಕಿನಲ್ಲಿ ಡಾಪ್ಲರನ ಪರಿಣಾಮ ಇದೆಯಾದರೂ, ಇವೆರಡರ ನಡುವೆ ಬಹುಮುಖ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವಿದೆ. ಶಬ್ದಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಡಾಪ್ಲರನ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ವಿವರಿಸುವಾಗ ಶಬ್ದ ಚಲಿಸುವ ಮಾಧ್ಯಮವನ್ನು ಹಾಗೂ ಅದಕ್ಕೆ ಸಾಪೇಕ್ಷವಾಗಿ ಶಬ್ದತರಂಗದ ಮೂಲ ಹಾಗೂ ಗ್ರಾಹಕನ ಚಲನೆಯನ್ನು ಗಮನಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಆದರೆ, ಬೆಳಕಿನ ಡಾಪ್ಲರನ ಪರಿಣಾಮದಲ್ಲಿ ಮಾಧ್ಯಮವನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸಬೇಕಾಗಿಲ್ಲ.

ಗ್ರಾಹಕ ಸ್ಥಿರವಾಗಿದ್ದು ಶಬ್ದಮೂಲ ಚಲನೆಯಲ್ಲಿದ್ದರೆ:

ಶಬ್ದಮೂಲ ಗ್ರಾಹಕನೆಡೆಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತಿದ್ದರೆ:

ಒಂದು ಶಬ್ದಮೂಲದಿಂದ ಹೊಮ್ಮುತ್ತಿರುವ ಶಬ್ದತರಂಗದ ಆವರ್ತಾಂಕ f, ಹಾಗೂ ತರಂಗವೇಗ v ಆಗಿದ್ದು, ಶಬ್ದಮೂಲದ ವೇಗ vs ಆಗಿದ್ದರೆ, ಶಬ್ದದ ಸಾಪೇಕ್ಷವೇಗ (v-vs) ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ಆಗ ಅದರ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಆವರ್ತಾಂಕ ಹೀಗಿರುತ್ತದೆ: fR=[v/(v-vs)]fT ಎಂದರೆ ಶಬ್ದಮೂಲದ ವೇಗ ಹೆಚ್ಚಿದಂತೆ ಗ್ರಾಹಕನೆಡೆ ಶಬ್ದದ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಆವರ್ತಾಂಕವೂ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ.

ಶಬ್ದಮೂಲ ಗ್ರಾಹಕನಿಂದ ದೂರ ಸರಿಯುತ್ತಿದ್ದರೆ:

fT ಆವರ್ತಾಂಕವುಳ್ಳ ಹಾಗೂ v ಶಬ್ದವೇಗವುಳ್ಳ ಶಬ್ದಮೂಲ ಗ್ರಾಹಕನಿಂದ vs ವೇಗದಲ್ಲಿ ದೂರ ಸರಿಯುತ್ತಿದ್ದರೆ, ಆಗ ತರಂಗದ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಆವರ್ತಾಂಕ ಹೀಗಿರುತ್ತದೆ: fR=[v/(v+vs)]fT ಹೀಗೆ ಶಬ್ದಮೂಲದ ವೇಗ ಹೆಚ್ಚಿದಂತೆ ಗ್ರಾಹಕನೆಡೆ ಶಬ್ದದ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಆವರ್ತಾಂಕ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

ಶಬ್ದಮೂಲ ಸ್ಥಿರವಾಗಿದ್ದು, ಗ್ರಾಹಕ ಚಲನೆಯಲ್ಲಿದ್ದರೆ:

ಗ್ರಾಹಕ ಸ್ಥಿರಶಬ್ದಮೂಲದೆಡೆಗೆ ಚಲನೆಯಲ್ಲಿದ್ದರೆ:

ಶಬ್ದಮೂಲವೊಂದು v ವೇಗವುಳ್ಳ, fT ಆವರ್ತಾಂಕವುಳ್ಳ ಶಬ್ದವನ್ನು ಹೊಮ್ಮಿಸುತ್ತಿರುವಾಗ, ಗ್ರಾಹಕನೊಬ್ಬ vR ವೇಗದೊಂದಿಗೆ ಅದರೆಡೆಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತಿದ್ದರೆ, ಶಬ್ದದ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಆವರ್ತಾಂಕ ಹೀಗಿರುತ್ತದೆ: fR=[(v+vR)/v]fT ಹೀಗೆ ಗ್ರಾಹಕ ಸ್ಥಿರಶಬ್ದಮೂಲದೆಡೆಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತಿದ್ದರೆ, ಸಾಪೇಕ್ಷ ಆವರ್ತಾಂಕ ಹೆಚ್ಚುತ್ತದೆ.

ಗ್ರಾಹಕ ಸ್ಥಿರಶಬ್ದಮೂಲದಿಂದ ದೂರ ಚಲಿಸುತ್ತಿದ್ದರೆ:

ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಆವರ್ತಾಂಕ ಹೀಗಿರುತ್ತದೆ: fR=[(v-vR)/v]fT ಈಗ ಗ್ರಾಹಕನ ವೇಗ ಹೆಚ್ಚಿದಂತೆ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಆವರ್ತಾಂಕ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

ಶಬ್ದಮೂಲ ಹಾಗೂ ಗ್ರಾಹಕ ಇಬ್ಬರೂ ಚಲನೆಯಲ್ಲಿದ್ದರೆ:

ಶಬ್ದಮೂಲ ಗ್ರಾಹಕನೆಡೆಗೆ ಹಾಗೂ ಗ್ರಾಹಕ ಶಬ್ದಮೂಲದ ವಿರುದ್ಧದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಚಲನೆಯಲ್ಲಿದ್ದರೆ, ಶಬ್ದಮೂಲದ ವೇಗ vs ಗ್ರಾಹಕನ ವೇಗ vR ಹಾಗೂ ಶಬ್ದವೇಗ v ಆಗಿದ್ದಾಗ, ಸಾಪೇಕ್ಷ ಆವರ್ತಾಂಕ ಹೀಗಿರುತ್ತದೆ: fR=[(v-vR)/(v-vs)]fT

ವಿಶೇಷ ಸಂದರ್ಭಗಳು

ಶಬ್ದಮೂಲ ಹಾಗೂ ಗ್ರಾಹಕ ಪರಸ್ಪರರೆಡೆಗೆ ಮುಖಾಮುಖಿ ಚಲಿಸುತ್ತಿದ್ದರೆ, ಆಗ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಆವರ್ತಾಂಕ:

fR=[(v+vR)/(v-vs)]fT ಆಗಿರುತ್ತದೆ.

ಶಬ್ದಮೂಲ ಹಾಗೂ ಗ್ರಾಹಕ ಪರಸ್ಪರ ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತಿದ್ದರೆ, ಆಗ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಆವರ್ತಾಂಕ:

fR=[(v-vR)/(v+vs)]fT ಆಗಿರುತ್ತದೆ.

ಶಬ್ದಮೂಲ ಗ್ರಾಹಕನಿಂದ ದೂರ ಹಾಗೂ ಗ್ರಾಹಕ ಶಬ್ದಮೂದೆಡೆಗೆ ಚಲನೆಯಲ್ಲಿದ್ದಾಗ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಆವರ್ತಾಂಕ ಹೀಗಿರುತ್ತದೆ:

fR=[(v+vR)/(v+vs)]fT

ಎಲ್ಲ ಸಂದರ್ಭಗಳಿಗೂ ಹೊಂದುವಂತೆ ಸಾಮಾನ್ಯ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಹೀಗೆ ಬರೆಯಬಹುದು: fR=[(v-vR)/(v-vs)]fT

ಗಾಳಿಯ ಬೀಸುವಿಕೆಯ ಪರಿಣಾಮ

ಗಾಳಿ ಶಬ್ದದ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ w ವೇಗದಿಂದ ಬೀಸುತ್ತಿದ್ದರೆ, ಶಬ್ದದ ಸಾಪೇಕ್ಷ ವೇಗ ಹೆಚ್ಚಿ (v+w) ಆಗುತ್ತದೆ. ಹಾಗಾಗಿ ಮೇಲಿನ ಎಲ್ಲ ಸನ್ನಿವೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಗಾಳಿಯ ಚಲನೆಯನ್ನು ಗಮನಿಸುವುದಾದರೆ, v ಅನ್ನು (v+w) ಎಂದು ನೋಡಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಆಗ ಡಾಪ್ಲರ್ ಪರಿಣಾಮದ ಸಮೀಕರಣ ಹೀಗಾಗುತ್ತದೆ: fR=[((v+w)-vR)/((v+w)-vs)]fT ಆದರೆ ಗಾಳಿ ಶಬ್ದದ ವಿರುದ್ಧದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಬೀಸುತ್ತಿದ್ದಾಗ ಸಮೀಕರಣ ಹೀಗೆ ಮಾರ್ಪಾಡಾಗುತ್ತದೆ: fR=[((v-w)-vR)/((v-w)-vs)]fT

ಆಕರಗಳು

↑ Alec Eden The search for Christian Doppler, Springer-Verlag, Wien 1992. Contains a facsimile edition with an English translation.
↑ Buys Ballot (1845). "Akustische Versuche auf der Niederländischen Eisenbahn, nebst gelegentlichen Bemerkungen zur Theorie des Hrn. Prof. Doppler (in German)". Annalen der Physik und Chemie. 11 (11): 321–351. Bibcode:1845AnP...142..321B. doi:10.1002/andp.18451421102.
↑
Fizeau: "Acoustique et optique". Lecture, Société Philomathique de Paris, 29 December 1848. According to Becker(pg. 109), this was never published, but recounted by M. Moigno(1850): "Répertoire d'optique moderne" (in French), vol 3. pp 1165–1203 and later in full by Fizeau, "Des effets du mouvement sur le ton des vibrations sonores et sur la longeur d'onde des rayons de lumière"; [Paris, 1870]. Annales de Chimie et de Physique, 19, 211–221.
- Becker (2011). Barbara J. Becker, Unravelling Starlight: William and Margaret Huggins and the Rise of the New Astronomy, illustrated Edition, Cambridge University Press, 2011; ISBN 110700229X, 9781107002296.
↑ Scott Russell, John (1848). "On certain effects produced on sound by the rapid motion of the observer". Report of the Eighteenth Meeting of the British Association for the Advancement of Science. 18 (7): 37–38. Retrieved 2008-07-08.

ಬಾಹ್ಯ ಕೊಂಡಿಗಳು

[AlecEden-1] Alec Eden The search for Christian Doppler, Springer-Verlag, Wien 1992. Contains a facsimile edition with an English translation.

[2] Buys Ballot (1845). "Akustische Versuche auf der Niederländischen Eisenbahn, nebst gelegentlichen Bemerkungen zur Theorie des Hrn. Prof. Doppler (in German)". Annalen der Physik und Chemie. 11 (11): 321–351. Bibcode:1845AnP...142..321B. doi:10.1002/andp.18451421102.

[3] Fizeau: "Acoustique et optique". Lecture, Société Philomathique de Paris, 29 December 1848. According to Becker(pg. 109), this was never published, but recounted by M. Moigno(1850): "Répertoire d'optique moderne" (in French), vol 3. pp 1165–1203 and later in full by Fizeau, "Des effets du mouvement sur le ton des vibrations sonores et sur la longeur d'onde des rayons de lumière"; [Paris, 1870]. Annales de Chimie et de Physique, 19, 211–221.
Becker (2011). Barbara J. Becker, Unravelling Starlight: William and Margaret Huggins and the Rise of the New Astronomy, illustrated Edition, Cambridge University Press, 2011; ISBN 110700229X, 9781107002296.

[4] Becker (2011). Barbara J. Becker, Unravelling Starlight: William and Margaret Huggins and the Rise of the New Astronomy, illustrated Edition, Cambridge University Press, 2011; ISBN 110700229X, 9781107002296.

[4] Scott Russell, John (1848). "On certain effects produced on sound by the rapid motion of the observer". Report of the Eighteenth Meeting of the British Association for the Advancement of Science. 18 (7): 37–38. Retrieved 2008-07-08.

[೧]

[೨]

[೩]

[೪]