Doppler Etkisi Nedir?

Doppler etkisi ilk olarak 1842 yılında Avusturyalı bilim insanı Christian Andreas Doppler tarafından (Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels söylemi ile) matematiksel bir hipotez olarak ortaya atılmıştır. 1845 yılında Hollandalı fizikçi Christophorus Ballot tarafından ses dalgaları kullanılarak test edilmiş ve "Ses kaynağı kendisine yakınlaşırken duyduğu frekansın yükseldiğini, uzaklaşırken ise düştüğünü ispatladığını" söylemesi ile resmen onaylanmıştır. Aynı etki Ballot veya Doppler'dan bağımsız olarak 1848 yılında Fransız fizikçi Hippolyte Fizeau tarafından elektromanyetik dalgalar üzerinde de keşfedilmiştir. Bu yüzden nadiren de olsa bazı bilim çevrelerince Doppler-Fizeau etkisi olarak da bilinir.

(High frequency – yüksek frekans / Low frequency – düşük frekans)

 

Doppler Etkisi, bir dalganın frekansındaki değişikliği ifade eden bir fiziksel fenomendir. Bu etki, gözlemci ile dalga kaynağı arasındaki göreceli hareketin sonucunda ortaya çıkar. Özellikle, bu etki ses dalgaları için belirgin bir şekilde gözlemlenir.

Eğer ses dalgalarının kaynağı, gözlemciye doğru hareket ediyorsa, her ardışık dalga gözlemciye bir öncekinden daha kısa sürede ulaşır. Bu durumda, dalga frekansı gözlemci tarafından daha yüksek algılanır. Buna karşılık, eğer dalgaların kaynağı gözlemciden uzaklaşıyorsa, her dalga gözlemciye daha uzun bir sürede ulaşır ve frekans daha düşük algılanır.

Bu etki, günlük yaşamda birçok uygulamada karşımıza çıkar. Örneğin, ambulans sireni gibi ses kaynaklarının geçiş anında frekansının değiştiğini fark edebiliriz. Ayrıca, astronomide de Doppler Etkisi, yıldızların ve galaksilerin hareketlerini belirlemek için kullanılır. Evrenin genişlediğine dair gözlemler de bu etkiyi temel alır.

Sonuç olarak, Doppler Etkisi, dalga kaynağı ile gözlemci arasındaki göreceli hareketin dalganın frekansında yarattığı değişikliği tanımlar. Bu etki, ses dalgalarının yanı sıra elektromanyetik dalgalar gibi birçok farklı dalga türü için geçerlidir ve birçok farklı alanda önemli bir rol oynar.

Kullanım Alanları

Astronomi

Güneş'inkiyle (solda) karşılaştırıldığında, uzak gökadalardan oluşan bir üstkümenin optik spektrumundaki spektral çizgilerin (sağda) kırmızıya kayması

Genellikle ses örnekleriyle özdeşleşse de, Avusturyalı fizikçi Christian Doppler, yıldızlardan gelen ışığın veya elektromanyetik dalgaların Doppler etkisini kullanarak açıklanabilen renk değişimini incelemek amacıyla bu etkiyi öne sürdü. Elektromanyetik ışık dalgalarıyla ilgili olarak, Doppler etkisi gözle görülmez. Ancak uygun spektroskopik cihazlar kullanılarak uzak galaksilerin spektrumlarında görülen çizgilerin, görünür ışığın kırmızı bölgesine, yani daha uzun dalga boylarına doğru kaydığını gözlemleyebiliriz. Bu fenomen "Doppler Kırmızıya Kayma" olarak adlandırılır. Hareket eden nesnelerden gelen ışık, kaynağın ve gözlemcinin göreceli hareketine bağlı olarak farklı dalga boyları gibi görünür. Kendilerinden uzaklaşan bir nesneye bakan gözlemciler, ışığın dalga boyunun yayıldığı andan daha uzun olduğunu görürler (kırmızıya kayma), yaklaşan bir kaynağa bakan gözlemciler ise ışığın dalga boyunun daha kısa olduğunu görürler (maviye kayma). 1929'da gökbilimci Edwin Hubble, Doppler Etkisi'ni kullanarak geniş bir gökada seçiminin hızlarını ölçtü. Hubble, neredeyse tüm galaksilerin bizden uzaklaştığını keşfetti ve bu hızların her zaman mesafeyle orantılı olduğunu buldu. Bu oran, ünlü 'Hubble sabiti' olarak bilinir ve evrenin genişleme hızını temsil eder.

Kozmolojik kırmızıya kayma, evrenin genişlemesinin bir sonucu olarak ortaya çıkan ve evrendeki çoğu galaksinin kırmızıya kaymasının sebebini oluşturan bir olgudur. Yaygın bir inanışın aksine, bu bir Doppler kayması değildir. Bir Doppler kırmızıya kayma, bir nesnenin bizden uzaklaşması durumunda meydana gelir. Çoğu galaksi bizden uzaklaşıyor olsa da, bu, onların kırmızıya kaymalarının temel nedeni değildir. Bunun yerine, bir ışık dalgası uzay-zamanın dokusu içinde seyahat ederken, evren genişler ve ışık dalgası uzar ve bu nedenle kırmızıya kayar. Bu, ince fakat önemli bir farktır. Bir galaksi ne kadar uzaksa, ışığının uzayda seyahat ettiği mesafe o kadar fazla olur ve bu da kırmızıya kaymasını daha belirgin hale getirir.

( Unseen planet - görülmeyen gezegen / Doppler Shift due to Steallar Wobble - Yıldız sallantısınden dolayı doppler kayması) 

Gelişimsel Biyoloji

Omurgalı embriyolarının segmentasyonu sırasında , gen ekspresyon dalgaları , omurların öncüllerinin (somitler) oluşturulduğu doku olan presomitik mezoderm boyunca yayılır . Presomitik mezodermin ön ucuna bir dalganın gelmesiyle yeni bir somit oluşur . Zebra balığında , segmentasyon sırasında presomitik mezodermin kısalmasının, dokunun ön ucu dalgalara doğru hareket ederken Doppler benzeri bir etkiye yol açtığı gösterilmiştir. Bu etki segmentasyon dönemine katkıda bulunur

Doppler Ekokardiyogram (Tıbbi kullanımlar için)

Doppler etkisi çoğunlukla insan kalp sisteminin hızının doğru hareketi için kullanılır. Sistem ekokardiyogram olarak biliniyor ve bazı sınırlamaları var ancak avantajları dezavantajlarıyla örtüşüyor. Ekokardiyogramın yalnızca birkaç dezavantajı vardır; o da kapakçıkların hızını ve kalp fonksiyonunu tespit edememesidir. Birisi darlıktan muzdaripse, kalpteki damar ve arterlerdeki kan akışını hesaplamak için Doppler etkisi kullanılır.

Uydular

Doppler etkisi, uyduların hareketinden kaynaklanan frekans değişikliklerini kullanarak iletişim, navigasyon ve yörünge kontrolünde kritik bir rol oynar. Bu etki, haberleşme ekipmanları ve GPS gibi sistemlerde konum belirleme ve doğru iletişim için önemlidir. Uydu yörüngeleri ve hızları da Doppler etkisiyle izlenir, bu da uyduların stabilitesini ve kontrolünü sağlar. Bu sayede uydular, haberleşme ve navigasyon sistemlerinin etkin çalışmasını sağlar.

Radarlar

Radar, Doppler etkisini kullanarak uzak nesnelerin hızını ve hareket yönünü belirleyebilir. Radar, genellikle bir verici (transmitter) ve bir alıcı (receiver)den oluşur. Verici, elektromanyetik dalgaları gönderir. Bu dalgalar, hedef nesneye çarpıp geri yansır ve alıcı tarafından algılanır. Doppler etkisi sayesinde, bu geri dönen dalgaların frekansı, nesnenin radar cihazına olan yaklaşma veya uzaklaşma hızına bağlı olarak değişir. Eğer hedef nesne radar cihazına yaklaşıyorsa, geri dönen dalgaların frekansı artar. Eğer uzaklaşıyorsa, frekans azalır. Bu frekans değişiklikleri, radarın elektronik devrelerinde ölçülür ve bu bilgiler hedefin hızını ve yönünü belirlemek için kullanılır. Bu sayede, radarlar hız denetimi, hava trafik kontrolü, meteoroloji, savunma sistemleri ve diğer birçok uygulamada kullanılır. Örneğin, hız kontrolünde, trafik polisleri radarı kullanarak sürücülerin hızını ölçebilirler. Hava trafik kontrolünde, radar uçakların konumunu belirler. Meteorolojide, radar hava durumu tahminlerini sağlar. Savunma sistemlerinde, düşman uçaklarının hız ve konumunu izler.

 Akustik Doppler Akım Profileri (ADCP)

Akustik Doppler Akım Profileri, su içindeki hareketli parçacıkların ses dalgaları tarafından geri saçılması prensibini kullanarak, suyun derinliklerindeki akı hızlarını ölçen bir cihazdır. ADCP'ler, genellikle bir piezoelektrik dönüştürücü içeren, ses sinyallerini ileten veya alan bir tür SONAR benzeri cihazlardır. Bu cihazlar, suya belirli bir frekansla (insan kulağının algılayamayacağı seviyede) ses dalgaları göndererek çalışır. Ses dalgaları, suda hareket eden parçacıklardan yansır ve bu yansıma cihaza geri döner. Doppler etkisi nedeniyle, ADCP'ye doğru yaklaşan parçacıklardan yansıyan ses dalgalarının frekansı artar, uzaklaşan parçacıklardan yansıyan dalgaların frekansı ise azalır. ADCP, bu frekans değişikliklerini kullanarak parçacıkların ve çevresindeki suyun hareket hızını hesaplar. Genellikle 38KHz ila birkaç MHz frekans aralığında çalışırlar. Ayrıca, hava akımlarının profilini çıkarmak için kullanılan Sodar adlı cihaz da aynı temel prensiple çalışır.

Bu kullanım alanları gibi, Doppler etkisinin hayatımızda birçok farklı sektörde önemli bir rol oynadığını göstermektedir.

Kaynakça

• https://studiousguy.com/doppler-effect-examples/
• https://en.wikipedia.org/wiki/Redshift#/media/File:Redshift.svg
• https://tr.wikipedia.org/wiki/Doppler_etkisi
• https://news.mit.edu/2010/explained-doppler-0803
• https://www.physicsclassroom.com/class/waves/Lesson-3/The-Doppler-Effect
• https://tr.pinterest.com/pin/908953137287245660/