Im Kapitel “Mechanik – Schalldruck” ist der Begriff Doppler-Efekt bereits einmal aufgetreten. Somit zeigt sich, dass der sog. Doppler-Effekt nicht nur in der Optik bei Lichtwellen zu finden ist. Allgemein handelt es sich bei dem Doppler-Effekt um einen physikalischen Vorgang, bei dem sich die Wellenlänge eines Signals ändert, wenn sich Sender und/oder Empfänger bewegen. Der Begriff “Doppler-Effekt wird auf den Entdecker, den österreichischen Physiker Christian Doppler zurückgeführt (Anmerkung: Der Doppler-Effekt wurde nicht im Schallbereich, sondern im optischen Bereich entdeckt).
Laut dem Doppler-Effekt gilt, dass wenn sich Sender und (ruhender) Empfänger aufeinander zu bewegen, die Wellenlänge (des Signals, dass vom Sender ausgeht) verkürzt wird. Entfernen sich hingegen Sender und (ruhender) Empfänger voneinander, so vergrößert sich die Wellenlänge (man kann auch die Frequenz des Signals untersuchen).
Bei der Berechnung, wie sich die Wellenlängen oder Frequenzen verändern, muss man unterscheiden, ob sich die Quelle bewegt und der Empfänger ruht oder ob sich der Empfänger bei ruhender Quelle bewegt.
Einfachster Fall: Die Verschiebung der Wellenlänge bzw. Frequenz des Signals (bei bewegter Quelle und ruhendem Empfänger) kann auch mit Hilfe einer Formel wiedergegeben werden (unter der Voraussetzung, dass die Bewegungsgeschwindigkeit v klein gegen die Signalausbreitungsgeschwindigkeit c). So gilt für die Frequenzverschiebung gegenüber der Ruhefrequenz folgender Zusammenhang:
Wie bereits beschrieben ist der Doppler-Effekt nicht nur in der Optik zu finden, sondern in jedem Bereich, wo ein Signal, das von einer Quelle ausgehend einen Empfänger erreicht. Denn jedes Signal besteht aus Wellen.
Viele kennen den Doppler-Effekt aber aus der Optik, da der Doppler-Effekt deutlich sichtbar wird (in Form einer Rot- oder Blauverschiebung). Dies lässt sich dadurch erklären, dass bei Lichtwellen eine Verschiebung der Frequenz auch eine Änderung der Farbe des Lichts zu Folge hat. So gilt, dass wenn sich Signalquelle und Beobachter voneinander entfernen, es zu einer Rotverschiebung kommt (Wellenlänge steigt). Nähern sich Signalquelle und Beobachter an, so kommt es zu einer Blauverschiebung (Wellenlänge wird kürzer). Somit lässt sich erklären, dass bei sich fortbewegenden Sternen die Spektrallinien nach Rot und bei sich nähernden Sternen nach Blau verschoben werden.
Wie bereits oben erwähnt, gibt es zwei Möglichkeiten, dass eine Signalquelle sich auf einen zu bewegt oder dass man sich einer ruhenden Signalquelle nähert. In beiden Fällen tritt der Doppler-Effekt auf und führt zu einer Frequenzänderung des Signals.
Der Doppler-Effekt ist ein physikalisches Phänomen, benannt nach dem österreichischen Physiker Christian Doppler. Er beschreibt eine Änderung der Frequenz oder Wellenlänge einer Welle, wie etwa Schall oder Licht, in Bezug auf einen Beobachter, der sich relativ zur Quelle dieser Welle bewegt.
Der Doppler-Effekt beeinflusst alle Arten von Wellen, einschließlich akustischer (wie Schall), elektromagnetischer (wie Licht) und Wasserwellen.
Wenn sich die Quelle einer Schallwelle bewegt, ändert sich die Frequenz des Schalls für den Beobachter. Dies führt zu der Wahrnehmung einer höheren Frequenz, wenn die Quelle auf den Beobachter zukommt, und einer niedrigeren Frequenz, wenn sie sich vom Beobachter entfernt.
Wenn sich die Quelle der Wellen auf den Beobachter zubewegt, nimmt der Beobachter eine höhere Frequenz der Welle wahr, als wenn die Quelle stillstehen würde. Dies wird als Blauverschiebung bezeichnet, wenn es sich um Licht handelt.
Bei Licht wird der Doppler-Effekt genutzt, um die Geschwindigkeit und Richtung entfernter Sterne und Galaxien zu messen. Bewegt sich ein Objekt auf den Beobachter zu, verschieben sich die Wellenlängen des Lichts in Richtung kürzerer Wellenlängen (Blauverschiebung), entfernt sich das Objekt, werden die Wellenlängen länger (Rotverschiebung).
Ja, der Doppler-Effekt findet Anwendung in der Medizin, insbesondere in Form von Doppler-Ultraschalluntersuchungen. Diese Technik wird verwendet, um den Blutfluss in den Arterien und Venen zu messen.
Bei einem sich nähernden Beobachter wird das Licht einer Quelle in Richtung kürzere Wellenlängen verschoben, wodurch es blauer erscheint – daher der Begriff Blauverschiebung.
Eine Rotverschiebung tritt auf, wenn sich die Quelle der Wellen vom Beobachter wegbewegt, was zu längeren Wellenlängen führt und das Licht röter erscheinen lässt.
Der Doppler-Effekt basiert auf der Annahme, dass die Geschwindigkeit der Welle konstant bleibt und dass sich die Quelle und der Beobachter relativ zueinander bewegen.
Der Doppler-Effekt hat einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung der Astronomie geleistet. Er ermöglicht Messungen der Bewegung von Sternen und Galaxien und liefert wichtige Hinweise für die Theorie der Expansion des Universums.