Ефект Доплера в акустиці (див. § 159) пояснюється тим, що частота коливань, які сприймаються приймачем, визначається швидкостями руху джерела коливань і приймача щодо середовища, в якій відбувається поширення звукових волі. Ефект Доплера спостерігається також і при русі щодо один одного джерела і приймача електромагнітних хвиль. Так як особливого середовища, що служить носієм електромагнітних хвиль, не існує, то частота світлових хвиль, які сприймаються приймачем (спостерігачем), визначається тільки відносною швидкістю джерела і приймача (спостерігача). Закономірності ефекту Доплера для електромагнітних хвиль встановлюються на основі спеціальної теорії відносності.
Згідно з принципом відносності Ейнштейна (див. § 35), рівняння світлової хвилі у всіх інерційних системах відліку однаково за формою. Використовуючи перетворення Лоренца (див. § 36), можна отримати рівняння хвилі, що посилається джерелом, в напрямку приймача в іншій інерціальній системі відліку, а слідчий але, і зв'язати частоти світлових хвиль, випромінюваних джерелом (v0) і сприймаються приймачем (v). Теорія відносності призводить до такої формули, яка описує ефект Доплера для електромагнітних хвиль в вакуумі:
де v - швидкість джерела світла щодо приймача, з - швидкість світла у вакуумі, b = v / c, q- кут між вектором швидкості v і напрямком спостереження, вимірюваний в системі відліку, пов'язаної з спостерігачем. З виразу (188.1) слід, що при q = 0
Формула (188.2) визначає так званий поздовжній ефект Доплера, що спостерігається при русі приймача уздовж лінії, що з'єднує його з джерелом. При малих відносних швидкостях v (v # 8810; c), розкладаючи (188.2) в ряд за ступенями bі нехтуючи членом порядку b 2, отримаємо
Отже, при видаленні джерела і приймача один від одного (при їх позитивної відносної швидкості) спостерігається зрушення в більш довгохвильову область (v Якщо q = p / 2, то вираз (188.1) набуде вигляду Формула (188.4) визначає так званий поперечний ефект Доплера, що спостерігається при русі приймача перпендикулярно лінії, що з'єднує його з джерелом. З виразу (188.4) слід, що поперечний ефект Доплера залежить від b 2, т. Е. При малих bявляется ефектом другого порядку малості в порівнянні з поздовжнім ефектом, залежать від b (див. (188,3)). Тому виявлення поперечного ефекту Доплера пов'язано з великими труднощами. Поперечний ефект, хоча і багато менше поздовжнього, має принципове значення, так як не спостерігається в акустиці (при v # 8810; ЗІЗ (188.4) слід, що v = v0!), і є, отже, релятивістським ефектом. Він пов'язаний з уповільненням течії часу рухомого спостерігача. Експериментальне виявлення поперечного ефекту Доплера стало ще одним підтвердженням справедливості теорії відносності; він був виявлений в 1938 р в дослідах американського фізика Г. Айвса. Поздовжній ефект Доплера був вперше виявлений в 1900 р в лабораторних умовах російським астрофізиком А. А. Белопольським (1854-1934) і повторений в 1907 р російським фізиком Б. Б. Голіциним (1862-1919). Поздовжній ефект Доплера використовується при дослідженні атомів, молекул, а також космічних тіл, так як по зсуву частоти світлових коливань, яке проявляється у вигляді зсуву або розширення спектральних ліній, визначається характер руху випромінюючих частинок або випромінюючих тел. Ефект Доплера отримав широке поширення в радіотехніці і радіолокації, наприклад в радіолокаційних вимірах відстаней до об'єктів, що рухаються.Схожі статті