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Doppler-Effekt


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Als Doppler-Effekt bezeichnet man die Veränderung der Frequenz von Wellen jeder Art wenn sich die Quelle und der Beobachter einander nähern oder entfernen.


Frequenzänderung durch Dopplereffekt

Nähern sich Beobachter und Quelle einander erhöht sich die Frequenz im umgekehrten Fall sich die Frequenz. Bekanntes Beispiel ist die des Martinshorns eines Krankenwagens. Solange sich das Fahrzeug ist der Ton höher wenn es sich entfernt wird Ton tiefer.

Inhaltsverzeichnis

Begründung des Doppler-Effektes

Wenn man annimmt das Martinshorn strahle Schallwellen mit einer Frequenz von 1000 Hertz aus dann sendet es die zweite der Schallwellen genau 1/1000 Sekunde nach der Spitze aus.
Für den Beobachter eines fahrenden Krankenwagen dies anders. Wenn der Krankenwagen auf den zufährt hat die zweite Spitze der Schallwellen kürzeren Weg zum Beobachter als die erste. kommt also beim Beobachter nicht mit 1/1000 zeitlichen Abstandes an sondern ein wenig früher. erscheint dem Beobachter die Frequenz bzw. der des Martinshornes höher.
Wenn der Krankenwagen am Beobachter vorbei ist verhält es sich sinngemäß umgekehrt und Beobachter erscheint der Ton tiefer zu sein.

Bei elektromagnetischen Wellen ( Optischer Doppler-Effekt ) hängt die beobachtete Frequenzänderung nur von relativen Geschwindigkeit von Quelle und Beobachter ab; sich dabei die Quelle der Beobachter oder bewegen hat keinen Einfluss auf die Höhe Frequenzänderung. Beim akustischen Doppler-Effekt ändert sich für Beobachter bei einer Eigenbewegung die Relativgeschwindigkeit zwischen und der Schallwelle. Eine Bewegung der Quelle führt zu einer Änderung der Wellenlänge. Dies zur Folge dass für ruhenden und bewegten verschiedene Berechnungsformeln gelten.

Anwendungen

Der Doppler-Effekt tritt auch bei Echos ausgesendeten Signalen auf. Beim Doppler- Radar berechnet man die Geschwindigkeit eines Objekts aus der gemessenen Frequenzänderung. der Astronomie konnten Planeten außerhalb des Sonnensystems aufgrund der Frequenzverschiebung den Doppler-Effekt nachgewiesen werden. Sie entsteht durch geringfügige Eigenbewegung des Sterns welche durch umlaufende verursacht wird.

Auch die Rotverschiebung weit entfernter astronomischer Objekte entsteht durch den Doppler-Effekt. Bei sehr Entfernungen ergibt sich allerdings bedingt durch die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Raumes eine nicht-lineare Beziehung zwischen und Entfernung.

In der Medizin wird der akustische Dopplereffekt bei Ultraschalluntersuchungen ausgenutzt um die Blutstromgeschwindigkeit darzustellen und messen. Dabei hat er sich als außerordentlich erwiesen. Es gibt dabei einen:

  • Farbdoppler:
    • Rot: Fluss auf die Schallsonde zu
    • Blau: Fluss von der Schallsonde weg
  • pW-Doppler: gepulster Doppler (z.B. für Gefäßuntersuchungen)
  • cW-Doppler: continuous wave Doppler (z.B. für Herzklappenmessungen)

Für Wasserwellen (Schwerewellen) deren Trägermedium einer Strömungsgeschwindigkeit unterliegt siehe unter Wellentransformation .

Entdeckung

Der Doppler-Effekt wurde nach dem österreichischen und Mathematiker Christian Doppler benannt der ihn 1842 voraussagte. Doppler wollte die unterschiedlichen Farben Sterne durch ihre Eigenbewegung erklären. Auch wenn damit falsch lag - die Farben entstehen unterschiedliche Oberflächentemperatur der Sterne - war seine im Prinzip richtig.

Ein Experiment zum Doppler-Effekt mit Schallwellen 1845 vom Physiker Christoph Buys Ballot durchgeführt. Er postierte mehrere Trompeter sowohl auf einem fahrenden Eisenbahnzug als neben der Bahnstrecke. Beim Vorbeifahren sollte jeweils von ihnen ein G spielen und die die gehörte Tonhöhe bestimmen. Trotz Schwierigkeiten bei Durchführung - das Geräusch der Lokomotive war laut die Musiker waren manchmal unaufmerksam - es Buys Ballot den Doppler-Effekt zu bestätigen. Fizeau entdeckte den Effekt für die elektromagnetische Welle im Jahre 1848 .

Weblinks



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