Doppler-effect

Het Doppler-effect noemen we de verandering van de golflengte van geluid of licht. Deze verandering wordt veroorzaakt doordat de afstand tot de bron groter of kleiner wordt.

Wanneer je in de trein zit, moet je eens goed opletten als je een spoorwegovergang nadert. Je kunt de bel van de overweg horen rinkelen. Rijdt de trein de overweg tegemoet, dan hoor je een hoge toon. Ben je de overweg voorbij, dan is de toon veel lager. Het ligt natuurlijk niet aan de bel. Die rinkelt altijd op dezelfde toon. Het verschil komt door de beweging van de trein. Zou je het verschil in toonhoogte nauwkeurig kunnen meten, dan zou je de snelheid van de trein kunnen uitrekenen. Dit verschijnsel heet het Doppler-effect.

Hoe ontstaat dit verschil in toonhoogte? Een tweede voorbeeld maakt dit duidelijk. Een schip ligt op zee.

Het waait flink en er zijn veel golven. Iedere seconde komt er een golf bij de boeg van het schip aan. Nu gaat het schip varen. Tegen de golven in. Dus in de richting waar ze vandaan komen. Als er nu een golf bij de boeg aankomt, duurt het minder dan één seconde voordat de volgende er is. Het schip vaart de tweede golf immers tegemoet. Die bereikt het schip nu wat eerder.

Stel je eens voor dat je op het schip staat. Je weet niet dat het is gaan varen. Plotseling merk je, dat de golven sneller na elkaar komen. Het lijkt nu net, alsof de afstand tussen twee golven kleiner is geworden. Die afstand heet de golflengte. Goed onthouden: Beweeg je in de richting waaruit de golven komen, dan lijkt de golflengte kleiner.

Zou het schip achteruit varen, dan zou het langer dan één seconde duren voordat de volgende golf aankomt. De afstand tussen twee golven zou dan juist groter lijken.

Goed onthouden: Beweeg je met de golven mee, dan lijkt de golflengte groter.

Bij geluidsgolven is het net zo als bij watergolven. Als de trein de rinkelende bel tegemoet rijdt, gaat hij tegen de geluidsgolven in. De afstand tussen de trein en de bel wordt kleiner. De golflengte lijkt nu ook weer kleiner. Voor geluid betekent dat: een hogere toon.

Rijdt de trein bij de overweg vandaan, dan gaat hij met de geluidsgolven mee. De afstand tussen trein en bel wordt groter. De golflengte lijkt dan ook weer groter. Je hoort de bel op een lagere toon rinkelen. Is het golflengteverschil bekend, dan is ook de snelheid van de trein te berekenen.

In de sterrenkunde kennen we ook het Doppler-effect.

Hierdoor lijkt het soms net, alsof licht een klein beetje van kleur verandert.

Licht bestaat uit hele kleine golfjes. Ook hier heet de afstand tussen twee golfjes de golflengte. Bij geluid is het zo, dat bij iedere golflengte een bepaalde toon hoort. Bij licht hoort bij iedere golflengte een bepaalde kleur. De afstand tussen twee golfjes blauw licht is kleiner dan tussen twee golfjes rood licht. Blauw licht heeft dus een kortere golflengte dan rood licht.

Wordt de afstand tot een lichtbron kleiner, dan is ook de golflengte kleiner. Het licht is dan wat blauwer van kleur. Dit verschijnsel noemen we blauwverschuiving. Als de afstand tot een lichtbron groter wordt, dan is ook de golflengte groter. Het licht wordt nu wat roder van kleur. Dit noemen we roodverschuiving. Blauwverschuiving en roodverschuiving zijn een gevolg van het Doppler effect.

Als we de kleurverschuiving van licht nauwkeurig meten, kunnen we de snelheid berekenen. Die snelheid moet trouwens wel zéér hoog zijn. Anders is het effect nauwelijks merkbaar. In de sterrenkunde komen zulke hoge snelheden wel voor. Bijvoorbeeld bij sterrenstelsels. Die bewegen, op enkele uitzonderingen na, allemaal van ons af. Vaak met snelheden van tienduizenden kilometers per seconde.

Het licht van deze stelsels is wat naar het rood verschoven.

Het Doppler-effect is genoemd naar de Oostenrijkse natuur kundige Johann Christian Doppler (1803-1853) die dit effect op 25 mei 1842 tijdens een beroemd geworden voordracht be schreef. Het jaar daarop werd deze voordracht gepubliceerd.

In zijn geboortestad Salzburg bevindt zich nu nog het Doppler Museum ter nagedachtenis aan een wetenschapper, die in zijn eigen tijd relatief onbekend was.

Lees ook het verhaal bij het trefwoord straling.