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Nähern sich Beobachter und Quelle einander, so erhöht sich die Frequenz, im umgekehrten Fall verringert sich die Frequenz. Bekanntes Beispiel ist die Tonhöhenänderung des Martinshorns eines Krankenwagens. Solange sich das Fahrzeug nähert, ist der Ton höher, wenn es sich entfernt, wird der Ton tiefer.
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2 Anwendungen 3 Entdeckung |
Wenn man annimmt, das Martinshorn strahle Schallwellen mit einer Frequenz von 1000 Hertz aus, dann sendet es die zweite Spitze der Schallwellen genau 1/1000 Sekunde nach der ersten Spitze aus.
Bei elektromagnetischen Wellen (Optischer Doppler-Effekt) hängt die beobachtete Frequenzänderung nur von der relativen Geschwindigkeit von Quelle und Beobachter ab; ob sich dabei die Quelle, der Beobachter oder beide bewegen, hat keinen Einfluss auf die Höhe der Frequenzänderung. Beim akustischen Doppler-Effekt ändert sich für den Beobachter bei einer Eigenbewegung die Relativgeschwindigkeit zwischen ihm und der Schallwelle. Eine Bewegung der Quelle dagegen führt zu einer Änderung der Wellenlänge. Dies hat zur Folge, dass für ruhenden und bewegten Beobachter verschiedene Berechnungsformeln gelten.
Der Doppler-Effekt tritt auch bei Echos von ausgesendeten Signalen auf. Beim Doppler-Radar berechnet man die Geschwindigkeit eines Objekts aus der gemessenen Frequenzänderung. In der Astronomie konnten Planeten außerhalb des Sonnensystems aufgrund der Frequenzverschiebung durch den Doppler-Effekt nachgewiesen werden. Sie entsteht durch die geringfügige Eigenbewegung des Sterns, welche durch umlaufende Planeten verursacht wird.
Auch die Rotverschiebung weit entfernter astronomischer Objekte entsteht durch den Doppler-Effekt. Bei sehr grossen Entfernungen ergibt sich allerdings bedingt durch die nicht-konstante Ausdehnungsgeschwindigkeit des Raumes eine nicht-lineare Beziehung zwischen Relativgeschwindigkeit und Entfernung.
In der Medizin wird der akustische Dopplereffekt bei Ultraschalluntersuchungen ausgenutzt, um die Blutstromgeschwindigkeit darzustellen und zu messen. Dabei hat er sich als außerordentlich hilfreich erwiesen.
Es gibt dabei einen:
Ein Experiment zum Doppler-Effekt mit Schallwellen wurde 1845 vom Physiker Christoph Buys Ballot durchgeführt. Er postierte dazu mehrere Trompeter sowohl auf einem fahrenden Eisenbahnzug als auch neben der Bahnstrecke. Beim Vorbeifahren sollte jeweils einer von ihnen ein G spielen und die anderen die gehörte Tonhöhe bestimmen. Trotz Schwierigkeiten bei der Durchführung - das Geräusch der Lokomotive war sehr laut, die Musiker waren manchmal unaufmerksam - gelang es Buys Ballot, den Doppler-Effekt zu bestätigen. Hippolyte Fizeau entdeckte das Effekt für die elektromagnetische Welle im 1848.
Begründung des Doppler-Effektes
Für den Beobachter eines fahrenden Krankenwagen erscheint dies anders. Wenn der Krankenwagen auf den Beobachter zufährt, hat die zweite Spitze der Schallwellen einen kürzeren Weg zum Beobachter als die erste. Sie kommt also beim Beobachter nicht mit 1/1000 Sekunde zeitlichen Abstandes an, sondern ein wenig früher. Dadurch erscheint dem Beobachter die Frequenz bzw. der Ton des Martinshornes höher.
Wenn der Krankenwagen am Beobachter vorbei gefahren ist, verhält es sich sinngemäß umgekehrt und dem Beobachter erscheint der Ton tiefer zu sein.Anwendungen
Entdeckung
Der Doppler-Effekt wurde nach dem österreichischen Physiker und Mathematiker Christian Doppler benannt, der ihn 1842 voraussagte. Doppler wollte die unterschiedlichen Farben der Sterne durch ihre Eigenbewegung erklären. Auch wenn er damit falsch lag - die Farben entstehen durch unterschiedliche Oberflächentemperatur der Sterne - war seine Berechnung im Prinzip richtig.