도플러 효과? 박쥐, 천체 속도?

도플러 효과란?

도플러 효과란 파동을 발생시키는 근원과 그 파동을 관측하는 관측자 중 하나 이상이 운동하고 있을 때 발생하는 효과를 뜻한다. 파동을 발생시키는 원천과 관측자 사이의 거리가 가까워질 때에는 파동의 주파수가 더 높게 관측되고, 거리가 멀어질 때에는 더 낮게 관측된다.

 

도플러 효과는 1842년 오스트리아의 물리학자인 도플러가 발표하였기에 도플러 효과라 부른다. 파동의 근원이 되는 차원이 그것을 관측하는 사람에 대해 움직이는 경우에 진동수가 변하는 현상을 도플러 효과라고 하는 것이다. 관측자가 본 파동이 나오는 원천의 속도가 클수록 진동수의 변화는 커진다. 

 

도플러 효과를 알 수 있는 예로 거리에서 구급차 소리를 들었을 때 구급차가 가까이 올 때는 사이렌 소리가 높게 들리고, 구급차가 멀어질 때는 사이렌 소리가 낮게 들리는 경우이다. 높은음은 진동수가 높은 음파이고 낮은음은 진동수가 낮다. 음파의 근원이 되는 구급차가 가까이 다가오면 파동의 마루와 마루의 간격이 줄어들어 파장이 짧아지게 되어 진동수가 높아지게 되고, 구급차가 멀어지게 되면 늘어져서 파장이 길어지게 되어 진동수가 낮아지는 것이다. 

 

도플러 효과를 알 수 있는 또 다른 예로는 박쥐가 먹이를 찾는 방법이다. 박쥐는 도플러 효과를 이용하여 먹이를 찾아낸다. 박쥐는 초음파를 발사하여 나방과 같은 먹이에 닿게 한 다음 그로부터 오는 반사파를 포착하여 먹이까지의 거리나 움직임을 파악하여 먹이를 찾는다. 먹이가 가까이 접근해 오면 되돌아오는 초음파의 진동수가 높아지고, 먹이가 멀어지면 진동수가 낮아지는 것이다. 진동수의 변화가 커지는 정도를 보고 그 속도를 알 수도 있다. 

 

이렇게 도플러 효과를 이용하면 운동 중인 물체의 속도를 알 수 있어 자동차의 속도를 측정하는 장치도 전파의 도플러 효과를 이용한 것이다. 그리고 야구공의 속도를 재는 스피도 건도 마찬가지로 도플러 효과를 이용하였다. 

 

도플러 효과를 이용하여 천체의 속도도 알 수 있다. 지구에서 멀어지는 속도가 빠를수록 그 천체에서 나오는 빛의  파장이 늘어나 진동수가 낮아지게 되어  본래의 색보다 붉게 보인다. 그리고 지구에 가까이 다가오고 있어 접근하는 속도가 빠른  천체는 그 천체에서 나온 빛의 파장이 짧아지게 되어 진동수가 높아져서 푸르게 보인다.