Doppler Etkisi

Doppler Etkisi ilk olarak 1842 yılında Avusturya'lı bilim insani Christian Andreas Doppler tarafından (Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels söylemi ile) matematiksel bir hipotez olarak ortaya atılmıştır. 1845 yılında Hollanda'lı fizikçi Christophorus Ballot tarafından ses dalgaları kullanılarak test edilmiş ve "ses kaynagi kendisine yakınlaşırken duyduğu frekansın yükseldiğini, uzaklaşırken ise düştüğünü ispatladığını" söylemesi ile resmen onaylanmıştır. Aynı etki Ballot veya Doppler'dan bağımsız olarak 1848 yılında Fransız fizikçi Hippolyte Fizeau tarafından elektromanyetik dalgalar üzerinde de keşfedilmiştir. Bu yüzden nadiren de olsa bazı bilim çevrelerince Doppler-Fizeau Etkisi olarak da bilinir.

Doppler Etkisi Gözlerimizi kapadigimizda çevreden bize yaklasan veya bizden uzaklasan araçlarin seslerini taniyabiliyorsak, neyin yaklasip, neyin uzaklastigini anlayabiliyorsak bunun açiklamasini, Doppler’e borçluyuz.Doppler Olayi,hareket eden cisimlerin yönlerini ve hizlarini bulmamiza yarar. Bir demir yolu peronununda beklediginizde size yaklasan ve sizden uzaklasan tren düdüklerindeki seslerin nasil degistigini animsiyor musunuz? Yaklasan tren düdügünün sesi tizlesir; uzaklasananinki peslesir. Tren size yaklasirken ses üreten dalga merkezleri de size yaklasmakta ve sesin dalga boyu giderek küçülmektedir. Dalga boyunun küçülmesi demek, frekansin (birim zamandaki titresim sayisinin) artmasi demektir. Tren düdügünün perdesindeki degisim oraninin ölçülmesi, trenin istasyona yaklasma hizinin ölçülmesine olanak saglar. Yildizlarin ve galaksilerin hizlarini ölçmek için de ayni ilke kullanilir.

Rus bilimci A. A. Friedman, genel göreliligin temel denklemlerinin bir çözümüyle "evrenin genisledigi"ni bildirdi(1922). Buna göre evrendeki madde yogunlugu düzenli dolarak azaliyor ve galaksiler arasi uzakliklar artiyor olmaliydi. Uzaklasan galaksiler, genlesen evren. Gökbilimciler, genel göreliligin bu varsayimini dogrulamak için Doppler olayini kullandilar.

Kütlesel çekim alani, isigin yalniz dogrultusunu degil, dalga boyunu (dolaysiyla frekansini) da degistirir. Kütle çekimi altinda cisme dogru gelen isik demetinin dalga boyu azalir (frekansi artar), isik, mavi görünür. Kütle çekiminden uzaklasarak gelen bir isik demetinde ise dalga boyu artar (frekans küçülür), isik, kirmizi görünür.Bir çok galaksinin hizi ölçüldü ve Tayf çizgilerinin, tayfin kirmizi ucuna dogru kaydiklari görüldü. Kirmiziya kayma denen bu olay, galaksilerin bizden uzaklastigini gösteriyordu. Bilim adamlari, daha uzak galaksilerin hizlarinin daha büyük gözüktügünü buldular. Kirmiziya kayma, gözlenebilen en uzak galaksilerinki saniyede 60 bin kilometre ve daha büyük hizlarda olmak üzere, galaksilerin gerçekten birbirinden uzaklasmakta oldugunu kanitladi.

Astronomi Biliminde Doppler

Fizikteki Doppler olayina göre yapilan hesaplara göre bize yaklasmakta olan gök cisimleri maviye, bizden uzaklasmakta olan gök cisimleri ise kirmiziya kaymaktadir. Doppler olayini kullanarak astronomlar uzaydaki cisimlerin bize dogru gelmekte oldugunu veya bizden uzaklasmakta oldugunu saptayabilmekteler. Ama vardiklari kesin sonuca göre daha çok uzaklasmaktadirlar. Baska bir deyisle, evren genislemekte oldugundan bir merkezi dikkate alarak tüm gökadalar, nebulalar ve diger gök cisimleri, hem birbirlerinden hem de bizden uzaklasmaktadirlar. Bize dogru gelenler ise daha azdir.

Yakinlasip Uzaklasma

Yakalanan dalgalarin iki dalga tepesi arasindaki düsme mesafesi bulunarak cismin yakinlasip veya uzaklastigini bulabiliriz yani fizikteki Doppler olayi ile , uzaktan korna çalarak yaklasan bir araçtan sesin kalin oldugunu isitiriz araç yaklastikça ses incelir ve önümüzden geçerken sesin en ince durumu isitilir, giderek uzaklasirken ise tekrar kalin ses isitilir , bu olayi isiga uyarlarsak uzaklasan cismin dalga boyu artacagi için kirmizi'ya kayma , yakinlastiginda ise mor'a kayma görülür .

Hoparlör Sistemlerinde Doppler Distorsiyonu

1.Doppler Etkisi

“Bir dinleyici sabit bir ses kaynagina dogru hareket etmekteyken duydugu sesin tonu sabit durdugu takdirde duyacagindan incedir (frekansi yüksektir). Dinleyici sabit ses kaynagindan uzaklasmakta iken ise sabit durdugu zamankinden daha kalin bir ses duyar. Dinleyicinin sabit durdugu, ses kaynaginin hareket ettigi durumlarda da ortaya çikan sonuç benzerdir.

… Sabit frekansli bir ses kaynagi bir duvara dogru hareket ettirildiginde dinleyici iki ayri frekansta ses duyar. Bunlardan biri dogrudan ses kaynagindan gelir ve hareketin etkisiyle titresimin orijinal tonundan kalin duyulur, digeri ise duvardan yansir ve orijinal tondan ince duyulur.”

2.Doppler Distorsiyonu

Hoparlör konisine 50 ve 1000 Hz gibi iki ayri sinyal gönderildigi kabul edilirse, Doppler Etkisi sonucu Doppler Distorsiyonu meydana gelir. Hoparlör 1000 Hz’i üretirken 50 kez de ileri geri hareket eder. Hoparlör konisi ileri gittigi zaman Doppler etkisinden dolayi 1000 Hz’lik sinyalin frekansinda yükselme olusur. Koni geri gittigi zaman frekansta düsme olur. Frekansin ne kadar ve nasil degisecegi 50 Hz’lik sinyalin genligine ve dalga biçimine baglidir. Örnegin 50 Hz’lik sinyal üçgen bir dalga oldugunda 1000 Hz’lik sinyal yerine saniyede 50 kere daha yüksek ve alçak iki ayri frekansta sinyal sirayla üretilir. Buna karsilik 50 Hz’lik sinyal sinüsoidal oldugunda 1000 Hz’lik sinyal yerine 50 Hz’lik sinyalin genligine bagli olarak degisecek bir alt ve üst limit arasinda sürekli degisen frekansta sinyal üretilir. Yalnizca 50 Hz’lik sinyalin tepe noktalarinda tam 1000 Hz’lik bir sinyal üretilir.

Doppler distorsiyonu bir çesit frekans modülasyonu distorsiyonudur. Ortaya çikan distorsiyonun sesin netligini azalttigi ve harmonik distorsiyona göre daha rahatsiz edici oldugu kabul edilmektedir.

“Hoparlör yüzeyi büyüdükçe ayni ses basinç seviyesini elde etmek için gereken hareket genligi küçülmekte, diyafram hizi düsmekte, dolayisiyla Doppler Distorsiyonu azalmaktadir. Hunili hoparlörlerde hoparlör yüzeyi ses dalgalarinin normal hava basincina maruz kaldigi agiz kismidir (huninin genis kismi).”

Pratikte hareketli bobinli tipik bir hoparlörün huni agzi kadar büyük yapilmasinin çesitli sakincalari vardir. Bu nedenle hunili hoparlör sistemleri, çok sayida küçük hoparlör kullanimi, elektrostatik veya dinamik büyük alanli diyafram kullanimi gibi yöntemlerle Doppler Distorsiyonu azaltilmaya çalisilmaktadir. Elbette her yöntemin kendine özgü kuvvetli ve zayif yanlari vardir. Kolon imalati agirlik, hacim, maliyet, frekans yanitsamasi, randiman gibi birçok etken arasinda tercihte bulunmayi gerektirir. Ayrica yapim kalitesi de ses kalitesini büyük ölçüde etkilemektedir. Piyasada her tipten çesitli kalitede örnekler mevcuttur. Hoparlör seçiminde kullanim amaci, kullanicinin kisisel tercihleri, dinleme odasinin büyüklügü ve diger cihazlarin özellikleri gibi etkenlere de dikkat etmek gerekir.

Yarasalarin Sonar Sistemi

Yarasalarin sonar sistemi üzerinde yapilan arastirmalar, daha da sasirtici sonuçlar ortaya koymustur. Hayvanin algilayabildigi frekans araligi çok dardir, yani ancak belli frekanstaki sesleri algilayabilir. Ancak iste bu noktada çok önemli bir sorun ortaya çikmaktadir. Doppler etkisi denen fizik kuralina göre, hareket halindeki bir cisme çarpan sesin frekansi degisir. Bu yüzden, yarasa kendisinden uzaklasmakta olan bir sinege dogru ses dalgalarini yaydiginda, dönen ses dalgalari yarasanin duyamayacagi bir araliga düsecektir. Bu nedenle yarasanin hareketli cisimleri algilamada büyük zorluklar yasamasi gerekir.

Ama böyle olmaz. Yarasa her türlü cismi kusursuzca algilamaya devam eder. Çünkü yarasa, Doppler etkisini bilirmiscesine, hareketli cisimlere dogru yolladigi ses dalgalarini degistirir. Örnegin kendisinden uzaklasan sinege en yüksek frekansli ses dalgasini yollar ki, ses geri döndügünde duyamayacagi kadar düsük bir frekansa inmesin.

Matematiksel Çözümleme

Doppler Etkisi konusunda bilinmesi gereken en önemli husus, her ne kadar gözlemci dalga frekansının kendi hareketi ya da dalga kaynağının hareketi yüzünden değiştiğini görse de, aslında frekansın sabit kaldığı gerçeğidir. Tam olarak ne olduğunu daha iyi anlamak icin şöyle bir örnek üzerinde düşünelim: Siz yerinizde ve hareketsizsiniz. Bir arkadaşınız sizden 10 metre uzakta duruyor ve size her saniyede bir elindeki tenis toplarından birini fırlatıyor. Burada arkadaşınızın topları her seferinde aynı doğru boyunca ve aynı hızda attığını varsayalım. Eğer arkadaşınız da hareketsiz ise her saniyede bir 10 metre yol kateden tenis toplarından biri size ulaşacaktır. Şimdi arkadaşınızın yine her saniyede bir top fırlattığını (yani aslında top fırlatma frekansı değişmiyor), ancak bu sefer size doğru yürümeye başladığını öngörelim. Bu durumda size ulaşan iki top arasındaki süre 1 saniyeden daha kısa olacaktır, çünkü toplar her seferinde 10 metre, 9 metre, 8 metre şeklinde daha az mesafe katettikten sonra size ulaşacaktır. Elbette aynı etkinin zıttı arkadaşınız sizden uzaklaşırken de geçerli olacaktır. Bir başka deyişle, toplar arkadaşınızın elinden her zaman saniyede bir çıktığı halde, sizin ya da arkadaşınızın hareketi yüzünden size azalan ya da artan zamanlarda ulaşacaktır. Bu da doğal olarak arkadaşınızın size topu farklı zamanlarda fırlattığını düşünmenize sebep olur. Yani aslında Doppler Etkisi'nde "etkilenen" asıl fiziksel değişken dalga boyu'dur. Elbette dalga boyu ile frekans ters orantılı olduğundan gözlemciye göre dalga kaynağının frekansı da değişiyor gibi görünür.

Eğer (f0) frekansında dalga yayan hareketli bir kaynak bu yayılımı sadece kendinin ve bir gözlemcinin bulunduğu sabit bir dalga ortamında yapıyorsa, o zaman bu dalga ortamına göre hareketsiz olan bir gözlemcinin göreceği frekansı (f) bulmak için:

http://upload.wikimedia.org/math/3/9/5/3952efabb703e6e056518dfede90e6b7.png formülü kullanılır. Burada (v) dalga ortamındaki dalgaların hızı, (vs, r) ise kaynağın sabit olan dalga ortamına göre (eğer gözlemciye doğru hareket ediyorsa (+) arti bir değer, ters yönde hareket ediyorsa (-) eksi bir değer) hızıdır. Benzer bir analiz sabit bir dalga kaynağı ile hareketli bir gözlemci için asağıdaki gibidir. (vo) = Gözlemcinin dalga ortamına göre hızı.

http://upload.wikimedia.org/math/7/2/b/72bbb1ecbd3cfff7f16e590e8f5dc6c4.png Yukarıdaki örnekte de gördüğümüze benzer şekilde, bu sefer gözlemcinin dalga kaynağından uzaklaşması durumunda (vo) değeri (+) arti, yakinlaşması durumunda ise (-) eksi olur.

Matematiksel olarak bu iki formül elbette tek bir vektörel eşitlik olarak genelleştirilebilir. Koordinat sisteminin dalga ortamı üzerindeki herhangi bir noktanın konumunu verdiğini, ve bu ortamda ses hızı'nin (c) olduğunu varsayalım ve söz konusu ortamda (s) kaynağının (http://upload.wikimedia.org/math/2/f/9/2f9ce856bbd1a0b07000ec437842e489.png) hızıyla hareket edip çevresine (fs) frekansında dalgalar yaydığını öngörelim. Bu dalga ortamında bir de (http://upload.wikimedia.org/math/9/6/5/9659f3a3a001a4982730117a73abaa83.png) hızıyla hareket eden bir (r) gözlemcisi olsun. Dalga kaynağı (s) ile gözlemci (r) arasındaki matematik vektörün ise (http://upload.wikimedia.org/math/5/2/d/52d5bf7c5d418ba77b18c203f494e09b.png) olduğunu öngörelim. (Yani http://upload.wikimedia.org/math/c/f/1/cf139a29b54e24ee77faf03eb6d71054.png)

Bu durumda gözlemcinin algılayacağı frekans (fr):

http://upload.wikimedia.org/math/1/9/4/1949087d28e74b57da56f52cc17e2829.png eşitliğinden bulunabilir. Eğer http://upload.wikimedia.org/math/9/5/c/95c888aeff4cf818787b3cefdb64c6a1.png ise, o zaman algılanan frekanstaki değişim daha çok dalga kaynağı ve gözlemcinin birbirine göre hızlarına bağlı olur:

http://upload.wikimedia.org/math/c/b/f/cbf559a7831c3641030f9824d7390ce4.png Veya alternatif olarak:

http://upload.wikimedia.org/math/b/0/0/b00b91445645c3d7812e676f39d0febc.png Doppler'in bu analizinin ışık ışınları için de geçerli olabilmesi için yapılan ilk çalışma Hippolyte Fizeau tarafından yürütülmüştür. Ancak ışık A noktasından B noktasına gidebilmek için belli bir dalga ortamına gerek duymaz (örneğin sonsuz boşluk olan uzayda kolayca yol alır) ve Doppler Etkisi'nin ışık ışınlarına nasıl doğru bir şekilde uygulanabileceğinin anlaşılabilmesi için Einstein'in Özel Görelilik (izafiyet) teorisinin kullanımına ihtiyaç vardır.

ben bu etkiyi seviyorum

tübitak kaynaklarında buna benzer çok güzel bilmsel açıklamalar mevcut

güzel bir konu..ilk kez bilmeye çalışana göre de detaylı bir açıklama,tşkr.

Aslında çok basit bir yöntem,ayrıca evrenin sürekli genişlemekte olduğunun kanıtlanmasını sağlayan yöntem...

bızım fızıkcıden daa guzel bı anlatım teskkurler paylastıın ıcın

maverick evet basit bir yöntem fakat bunu matematiksel olarak ispatlayabilmek durumu zorlaştırıyor

bızım fızıkcıden daa guzel bı anlatım teskkurler paylastıın ıcın

teşekkürler