Dopplereffekt
Unter dem Dopplereffekt versteht man die
Wahrnehmung einer Frequenzänderung, wenn Wellensender und
Wellenempfänger sich gegeneinander bewegen.
Diese Effekte beobachtet man zum Beispiel bei Schallwellen und Lichtwellen.
Die Frequenzänderungen äussern sich dort in der Tonhöhe bzw der
Lichtfarbe.
Gut vorstellen kann man sich den Dopplereffekt mit kleinen Booten, die sich
Wasser befinden und von oben beobachtet werden. Das Senderboot verursacht
regelmässige Wasserwellen, die beim Empfängerboot in einem bestimmten
Rythmus an den Bug prallen.
Aus der Frequenzänderung beim Empfänger kann auf die
Relativgeschwindigkeit von Sender und Empfänger geschlossen werden:
Die folgenden Filme zeigen unterschiedliche Bewegungssituationen von Sender
und Empfänger:
Im ersten Beispiel sind Sender und Empfänger in Ruhe, die
Relativgeschwindigkeit ist Null und der Empfänger misst dieselbe Frequenz
wie der Sender: die Periodendauer T ist in beiden Fällen 15 s.
Im zweiten Beispiel bewegt sich der Sender nicht, aber der Empfänger
nähert sich dem Sender mit 70% der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit. Die
Formel für f(E) liefert für diesen Fall eine 1.7 mal höhere
Empfangsfrequenz. Durch Auszählen der Periodendauer im Film finden wir
beim Empfänger knapp 9 s, vergleichen mit 15 s beim Sender. Dies stimmt
gut mit der Theorie überein.
Im dritten Beispiel bewegt sich der Sender, der Empfänger ist in Ruhe.
Das entspricht der Situation eines hupenden Autos, das auf einen zufährt
und dessen Hupe dabei eine höhere Tonlage aufweist als in Ruhe. Da die
Sendergeschwindigkeit gerade 70% der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit
beträgt, erwarten wir nach der Formel eine 0.3 mal kleinere
Empfangsperiodendauer. Das ist genau was die Simulation uns
bestätigt.
Die übrigen Filme zeigen, was geschieht, wenn die Geschwindigkeit des
Senders gleich gross oder grösser als die
Wellenausbreitungsgeschwindigkeit wird. Besonders im letzten Film bildet sich
eine Wellenfront aus, die durch Überlagerung sehr vieler
Einzelwellen entsteht und eine sehr grosse Amplitude besitzt. Wenn diese Front
aus Schallwellen gebildet wird, die ein Flugzeug bei
Überschallgeschwindigkeit erzeugt, dann hört man am Boden den
"Überschallknall".
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