[과학상식] 도플러 효과란? 공식 (Doppler effect)

 

목차

 

 

 

 

 

 

도플러 효과란?(Doppler effect)

도플러 효과란 오스트리아 물리학자 크리스티안 도플러(Christian Doppler)가 1842년 발견한 현상을 얘기 합니다. 

 

By Lookang many thanks to Fu-Kwun Hwang and author of Easy Java Simulation = Francisco Esquembre - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=16444997

 

그림과 같이 음원(Sound source)나 광원(Light source)가 고정된 위치에서 소리나 빛을 낼 경우 그림처럼 일정한(Same frequency) 파장(wave)이 발생합니다.

 

 

By Lookang many thanks to Fu-Kwun Hwang and author of Easy Java Simulation = Francisco Esquembre - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=16444998

 

만일 음원(Sound source)가 그림처럼 이동하는 경우 음원과 Sound의 파장이 같은 방향일 경우  상대 속도가 줄어 들어 짧은 주기(High frequency or Low period)의 파장이 발생합니다. 반대로 음원과 Sound의 파장 진행 방향이 반대인 경우 (위그림에서는 왼쪽) 상대 속도가 커져서 파장의 주기가 넓어지고 주파수는 빨라지게 됩니다. 

 

위와 같은 현상을 도플러 효과라고 합니다. 

 

 

 

 

 

도플러 효과 공식(Doppler Effect Equation)

 

 

Source 가 음이고 공기 중에 이동하는 Source 일 경우 c는 음속 340m/s 가 됩니다. 

 

fr는 받는 쪽의 주파수이고 fs는 보내는 쪽의 원 주파수입니다. Vr은 받는 쪽의 속도이고 Vs는 보내는 쪽의 속도 입니다.

 

 

 

 

 

도플러 효과 적용 분야

 

일반적으로 사용되는 예제는 앰뷸런스입니다. 앰뷸러스 차량이 가까이 올수록 고주파 영역의 높은 음의 소리가 들리고 멀어질 수 록 저주파의 낮은 음의 소리가 들립니다.

 

그리고 이동용 과속 카메라(radar gun)도 특정 주파수의 신호를 차량에 쏘아서 돌아온 주파수의 변화를 통해 속도를 계산합니다. 

 

우주에서 행성간에 거리가 가까워 지는지 멀어지는 지도 색의 주파수가 다른데 멀어지면서 색이 변하는 것을 통해 이를 검증 합니다.