Эффект Доплера для световых волн

На скорость света не влияют ни скорость источника света, ни скорость наблюдателя. Постоянство скорости света в вакууме имеет огромное значение для физики и астрономии. Однако частота и длина световой волны меняются с изменением скорости источника или наблюдателя. Этот факт известен как эффект Доплера.

Предположим, что источник, расположенный в точке О, испускает свет длиной волны $\lambda _0$. Наблюдатели в точках А и В, для которых источник света находится в покое, зафиксируют излучение с длиной волны $\lambda _0$ (см. рис. 1). Если источник света начинает двигаться со скоростью $v$, то длина волны меняется. Для наблюдателя А, к которому источник света приближается, длина световой волны уменьшается. Для наблюдателя В, от которого источник света удаляется, длина световой волны увеличивается (см. рис. 2). Так как в видимой части электромагнитного излучения наименьшим длинам волн соответствует фиолетовый свет, а наибольшим — красный, то говорят, что для приближающегося источника света наблюдается смещение длины волны в фиолетовую сторону спектра, а для удаляющегося источника света в красную сторону спектра.

Рис. 1	Рис. 2

Изменение длины световой волны зависит от скорости источника относительно наблюдателя (по лучу зрения) и определяется формулой Доплера:

$\frac{\lambda -\lambda _0}{\lambda _0}=\frac{v}{c}$

Эффект Доплера нашел широкое применение, в частности в астрономии, для определения скоростей источников излучения.

Вопросы и задания к тексту

1. Примерно сто лет назад американский астроном Весто Слайфер обнаружил, что длины волн в спектрах излучения большинства галактик смещены в красную сторону. Этот факт может быть связан с тем, что

1) галактики разбегаются (Вселенная расширяется)
2) галактики сближаются (Вселенная сжимается)
3) Вселенная бесконечна в пространстве
4) Вселенная неоднородна

2. Наблюдатель, к которому источник света приближается, зафиксирует

1) увеличение скорости света и уменьшение длины световой волны
2) увеличение скорости света и увеличение длины световой волны
3) уменьшение длины световой волны и увеличение её частоты
4) увеличение длины световой волны и уменьшение её частоты

3. Эффект Доплера справедлив и для звуковых волн. Что происходит с высотой тона звукового сигнала поезда при его удалении от наблюдателя? Ответ поясните.