המודל הגלי של האור
תוצא דופלר
כאשר מקור המשדר אות גלי נמצא במנוחה מתפשטים ממנו הגלים בכל כיוון באופן אחיד וסימטרי. למשל, הנה תמונת הגלים המוקפאת של מקור גלי הנמצא במנוחה,
תמונת הגלים המוקפאת של משדר נייח
האחידות במעגלים הנוצרים סביב המקור נובעת מן העובדה שהמקור המשדר נמצא במנוחה. כל גל יוצא מתוך אותה נקודה מרכזית שהיא מיקומו במרחב של המקור המשדר.
בכל נקודה מסביב למשדר מגיעים ממנו הגלים באותו הקצב – באותו התדר.
הגעת הגל לנקודות שונות סביב המשדר הנייח
ומה קורה כשמשדר האות הגלי נמצא בתנועה?
כאשר המקור המשדר נמצא בתנועה נקבל הסטה של הגלים הנוצרים בכיוון התנועה של המקור. במצב של תנועה של המשדר כל גל יתפתח ויצא ממנו מנקודה אחרת במרחב, הנקודה במרחב בה נמצא המקור המשדר באותו רגע.
הגעת הגל לנקודות שונות סביב המשדר הנע
הערה: צבע המעגלים הוא משחור לאפור בהיר בהתאם לנקודה בזמן בו הם נוצרו, כאשר כהה יותר משמעו חדש יותר בזמן.
ניתן לראות שהגלים אינם מגיעים לכל נקודה במרחב באותו הקצב – באותו התדר!
ננתח את התופעה המתקבלת בעזרת הקפאה של תמונת מצב רגעית,
תמונת הגלים המוקפאת של משדר נע
מלפני המשדר הנע מופיעים ומגיעים הגלים בתדר גבוה יותר, כי כל גל נוצר בנקודה הקרובה יותר למיקומו של הגל שכבר יצא לדרך לפניו, כך שהמרחק ביניהם התקצר – אורך הגל המעשי התקצר. אורך גל קצר שווה לתדר גבוה יותר.
לחילופין, מאחורי המשדר מופיעים ומגיעים הגלים בתדר נמוך יותר, כי כל גל נוצר בנקודה הרחוקה יותר ממיקומו של הגל שיצא לדרך קודם, כך שהמרחק ביניהם התארך – אורך הגל המעשי התארך. אורך גל ארוך יותר שווה לתדר נמוך יותר.
חשוב לציין שהמקור הגלי ממשיך לשדר כל הזמן אות גלי באותו התדר. השינוי בתדר הוא אינו אצל המשדר, אלא מתרחש בין המשדר של האות הגלי לבין המקלט שקולט אותו.
את התופעה הזו צפה מראש המתמטיקאי האוסטרי כריסטיאן אנדראס דופלר עוד בשנת 1842. על שמו נקראת התופעה בשם "תוצא דופלר".
בתוצא דופלר אנחנו נתקלים מידי פעם כאשר חולף על פנינו רכב מרעיש ממנוע מזמזם או מצופר. כאשר הרכב נמצא במנוחה הרעש הבוקע ממנו הוא אחיד בצליל. אך כאשר הרכב נמצא בתנועה וחולף על פנינו ישתנה הדבר. כאשר הרכב נע לעברנו נשמע צליל גבוה יותר מאשר כאשר הוא נע מאיתנו והלאה.
נסביר את ההבדל הנשמע בגובה הצליל.
מתוך ספקטרום הגלים האלקטרומגנטיים למדנו כי בתוך תחום התדרים של האור הנראה מתורגמים התדרים על-ידי המוח האנושי לצבעים שונים.
למרות שגלי קול הם אינם גלים אלקטרומגנטיים, אלא גלים מכאניים, גם אותם מתרגם המוח אחרת לפי התדר שלהם. גלי קול בעלי תדר נמוך יתורגמו לצליל נמוך/עמוק, זאת בעוד שגלי קול בעלי תדר גבוה יתורגמו לצליל גבוה. נשים לב שאין הכוונה לעוצמת הצליל (חלש או חזק) אלא לסוג הצליל.
נסכם ונאמר שתדרי קול שונים מתורגמים לצלילים שונים. בנקודה הנמצאת לפני המקור המשדר הנע מתקבל תדר גבוה יותר – המתורגם לצליל גובה יותר. בנקודה הנמצאת אחרי המקור המשדר הנע מתקבל תדר נמוך יותר – המתורגם לצליל נמוך יותר.
תוצא דופלר גורם להסטה בתדר של הגל בהתאם לכיוון תנועתו ביחס ל"מאזין" לגל. עובדה זו מנוצלת באסטרונומיה למציאת כיוון תנועתם של כוכבים רחוקים ביחס לכדור-הארץ.
אם האור המגיע אלינו מכוכב רחוק הוא מוסח לכיוון התדר הגבוה יותר בספקטרום הגלים, אזי משמע שהמרחק בינינו מתקצר. הסחה מסוג זה נקראת הסחה לכחול, כי הצבע הכחול נמצא בקצה התדרים הגבוהים בתדרי האור הנראה. אולם, אם האור המגיע מכוכב רחוק מוסח לכיוון התדר הנמוך יותר בספקטרום הגלים, אזי משמע שהמרחק בינינו מתארך. הסחה מסוג זה נקראת הסחה לאדום, כי הצבע האדום נמצא בקצה התדרים הנמוכים בתדרי האור הנראה.
על פי אופי ההסחה ניתן לקבוע אם כוכב כלשהו מתרחק מאיתנו או מתקרב אלינו. בשל העובדה שכל הכוכבים שנבדקו סביבנו ספקטרום הגלים המתקבל מהם מוסח לאדום הגיע עולם המדע, בעזרתם של האסטרונומים האמריקאיים אדווין אבל ומילטון יומאסון, למסקנה שכל הכוכבים מתרחקים מאיתנו – משמע שהיקום בו אנו חיים היה בעבר בנקודה אחת שממנה הוא התחיל להתפשט והוא עודנו מתפשט, גדל ומתרחב במימדיו גם היום.
[ עמוד ראשי - קרינה וחומר | קרינה וחומר - המודל הגלי של האור : ניסוי תומאס יאנג | סריג של m סדקים | האור כגל אלקטרומגנטי | ספקטרום הגלים האלקטרומגנטיים | השפעת האטמוספרה על קרינת גלי רדיו | הקרינה הקוסמית וקרינת השמש | קיטוב אור | תוצא דופלר | סיכום ]
[ עמוד הבית | אודות | זכויות יוצרים | מפת האתר ]