도플러 효과(Doppler effect)는 파동의 파원과 관측자 중 하나 또는 둘 다가 움직일 때, 관측자가 인지하는 파동의 진동수와 파장이 파원에서 방출되는 진동수와 파장과 달라지는 현상입니다. 즉, 소리나 빛과 같은 파동을 내는 물체(파원)가 관측자에게 가까워질 때는 파동의 진동수가 높아지고(높은 소리 또는 푸른 빛), 멀어질 때는 진동수가 낮아지는(낮은 소리 또는 붉은 빛) 현상입니다.
도플러 효과의 원리
도플러 효과는 파원과 관측자 사이의 상대적인 운동 때문에 발생합니다. 파원이 관측자에게 다가올 때, 파동이 진행하는 방향으로 파원이 이동하기 때문에 파동의 마루와 마루 사이의 간격(파장)이 좁아집니다. 파장이 짧아지면 진동수는 높아집니다. 반대로 파원이 관측자로부터 멀어질 때는 파장이 길어지고 진동수는 낮아집니다.
일상생활에서의 도플러 효과 예시
구급차 사이렌 소리: 구급차가 가까워질 때는 사이렌 소리가 높게 들리고, 멀어질 때는 낮게 들리는 것이 대표적인 예시입니다.
자동차 경적 소리: 자동차가 빠른 속도로 지나갈 때 경적 소리가 다르게 들리는 것을 경험할 수 있습니다.
기차 소리: 기차가 다가올 때 기적 소리가 높게 들리고, 지나가고 나면 낮게 들립니다.
음향 도플러 효과와 광학 도플러 효과
도플러 효과는 음파뿐만 아니라 빛과 같은 전자기파에도 적용됩니다.
음향 도플러 효과: 소리의 진동수 변화로 나타나며, 위에서 언급한 구급차 사이렌 소리 등이 그 예입니다.
광학 도플러 효과: 빛의 파장 변화로 나타나며, 천문학에서 별의 운동 속도를 측정하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 어떤 별에서 방출된 빛의 스펙트럼이 적색 편이(파장이 길어지는 현상)를 나타내면 그 별이 지구로부터 멀어지고 있다는 것을 알 수 있습니다.
도플러 효과의 활용
도플러 효과는 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
천문학: 별과 은하의 운동 속도 측정, 우주의 팽창 속도 측정
기상학: 레이더를 이용한 강수량 측정, 풍속 측정
의학: 초음파 검사를 이용한 혈류 속도 측정, 심장 박동 측정
교통 단속: 레이더 건을 이용한 자동차 속도 측정
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