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도플러 효과란?
도플러 효과는 물체가 위치에 따라 움직일 때 파동의 주파수가 어떻게 변하는지를 설명합니다. 도플러 효과는 음향 및 전자기파를 포함한 모든 파장에 적용됩니다. 도플러 효과를 시각화하는 가장 좋은 방법 중 하나는 사이렌이 울리고 경찰차가 지나가는 것을 상상하는 것입니다. 경찰차가 가까워질수록 사이렌 소리가 커집니다. 속도가 당신을 지나기 시작하면 사이렌 소리가 떨어집니다. 이는 경찰차가 접근함에 따라 속도와 움직임이 전방의 음파를 압축하고, 속도가 빨라지기 시작하면 음파가 늘어나기 때문입니다. 음파를 압축함으로써 파동의 마루 사이의 거리가 줄어들어 파동의 주파수가 증가하고 피치가 증가합니다. 음파가 증가함에 따라 파도 높이 사이의 거리가 증가하여 주파수와 피치가 모두 감소합니다.
도플러 효과와 전자기 복사
도플러 효과는 음파에 대한 효과를 통해 시각화하는 것이 가장 쉽지만 정확히 동일한 원리가 항상 광파에 적용됩니다. 빛 자체가 파동이기 때문에 도플러 효과는 광파에도 적용됩니다. 그러나 빛의 도플러 이동은 물체가 빛의 속도 또는 그 근처에서 매우 빠르게 움직일 때만 실제로 볼 수 있습니다. 민감한 기기는 훨씬 낮은 속도로 도플러 이동을 관찰할 수 있지만 우리의 눈은 이를 전혀 볼 수 없습니다.
앞의 예와 같은 경찰차를 상상해봅시다. 이제 사이렌 소리보다는 차 자체에 집중하세요. 경찰차가 광속 99%로 달리고 있다고 가정해 봅시다. 이제, 당신이 당신을 향해 가속함에 따라, 빛의 파도가 응축되어 파란색으로 변하고 있습니다. 그것이 당신을 지나쳐 가속하기 시작하면서, 빛의 파장은 늘어나서 빨갛게 변합니다. 음파와 마찬가지로 청색 이동 빛은 높은 주파수를 가지며 적색 이동 빛은 낮은 주파수를 갖습니다. 흥미롭게도 전자기 복사의 경우 고주파 빛이 저주파 빛보다 더 강력하기 때문에 빛 에너지로도 변환됩니다.
천문학
도플러 효과는 광파에 영향을 미치기 때문에 천문학에서 광범위하게 응용됩니다. 빛의 도플러 이동은 우리에 대한 물체의 속도에 의존하기 때문에 물체가 공간을 통해 얼마나 빨리 움직이는지 계산하는데 사용할 수 있습니다. 도플러 효과는 다른 행성의 회전 속도, 별의 이동 속도, 우주의 팽창 속도를 계산하는 데 사용됩니다. 도플러 효과는 궤도를 도는 행성의 중력으로 인한 별의 도플러 이동을 측정하여 다른 별 주변의 행성을 감지하는 데에도 사용됩니다.
