ध्वनि और प्रकाश में डॉपलर प्रभाव

ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी क्रिश्चियन डॉपलर के नाम पर डॉपलर प्रभाव, तरंगों की दुनिया में एक आकर्षक घटना है। यह तरंग स्रोत के सापेक्ष गति कर रहे प्रेक्षक के सापेक्ष एक तरंग की आवृत्ति या तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन का वर्णन करता है। यह प्रभाव सबसे अधिक सामान्यतः ध्वनि तरंगों के साथ जुड़ा होता है, लेकिन यह प्रकाश तरंगों के साथ-साथ अन्य प्रकार की तरंगों पर भी लागू होता है। वास्तविक दुनिया की कई घटनाओं, जैसे कि एक गुजरती सायरन की पिच से लेकर दूरस्थ आकाशगंगाओं में देखे गए रेड्शिफ्ट तक को समझाने के लिए डॉपलर प्रभाव को समझना महत्वपूर्ण है।

तरंग गति को समझना

तरंगें विक्षोभ होती हैं जो माध्यम के कणों की वास्तविक गति के बिना ऊर्जा को एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक ले जाती हैं। तरंगें दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत की जा सकती हैं: यांत्रिक तरंगें, जिन्हें यात्रा करने के लिए माध्यम की आवश्यकता होती है (जैसे कि ध्वनि तरंगें), और विद्युत चुंबकीय तरंगें, जो निर्वात के माध्यम से यात्रा कर सकती हैं (जैसे कि प्रकाश तरंगें)।

तरंग गति में निम्नलिखित शब्द आवश्यक हैं:

• आवृत्ति ((f)): एक बिंदु पर प्रति यूनिट समय में गुजरने वाले तरंग चक्रों की संख्या, हर्ट्ज (Hz) में मापी जाती है।
• तरंगदैर्ध्य ((lambda)): तरंग की दो क्रमिक चोटी या तरंग तल के बीच की दूरी।
• वेग ((v)): वह गति जिस पर तरंग माध्यम के माध्यम से यात्रा करती है।

ध्वनि में डॉपलर प्रभाव

जब हम डॉपलर प्रभाव के बारे में सोचते हैं, तो हम अक्सर ध्वनि तरंगों से शुरू करते हैं। कल्पना करें कि आप सड़क के किनारे खड़े हैं और एक सायरन वाली कार आपके पास आती है, आपको पार करती है, और फिर दूर चली जाती है। जब कार आपके पास आती है, तो सायरन कार दूर जाने के मुकाबले अधिक तेज लगता है। इस ध्वनि परिवर्तन का कारण डॉपलर प्रभाव है।

ध्वनि के लिए डॉपलर प्रभाव के कारण देखी गई आवृत्ति ((f')) की गणना करने का सूत्र है:

f' = left(frac{v + v_o}{v + v_s}right) cdot f

जहाँ:

• f तरंग स्रोत की वास्तविक आवृत्ति है।
• v माध्यम में ध्वनि की गति है।
• v_o माध्यम के सापेक्ष प्रेक्षक की गति है।
• v_s माध्यम के सापेक्ष स्रोत की गति है।

यदि प्रेक्षक स्रोत की ओर जा रहा है, तो (v_o) धनात्मक होता है; यदि दूर जा रहा हो, तो यह ऋणात्मक होता है। इसी प्रकार, यदि स्रोत प्रेक्षक की ओर जा रहा है, तो (v_s) धनात्मक होता है; यदि दूर जा रहा हो, तो यह ऋणात्मक होता है।

पाठ उदाहरण

ध्वनि में डॉपलर प्रभाव को दर्शाने के लिए एक उदाहरण लेते हैं। मान लीजिए कि एक पुलिस कार 700 हर्ट्ज की आवृत्ति पर ध्वनि उत्पन्न कर रही है और स्थिर प्रेक्षक की ओर 20 मीटर/सेकंड की गति से बढ़ रही है। यदि वायु में ध्वनि की गति 340 मीटर/सेकंड है, तो प्रेक्षक किस आवृत्ति को सुनता है?

f' = left(frac{340}{340 - 20}right) cdot 700

सरलीकरण,

f' = left(frac{340}{320}right) cdot 700 = left(frac{17}{16}right) cdot 700 = 743.75, text{Hz}

प्रेक्षक लगभग 744 हर्ट्ज की आवृत्ति पर ध्वनि सुनता है, जो कि मूल 700 हर्ट्ज से अधिक है, क्योंकि ध्वनि स्रोत के प्रेक्षक की ओर बढ़ने के साथ ध्वनि तरंगें संपीड़ित हो जाती हैं।

दृश्य उदाहरण

इस परिदृश्य को दृष्टिहीन रूप से विचार करें:

दृष्टान्त में, कार नीले रेखाओं द्वारा प्रतिनिधित्व की गई ध्वनि तरंगों का उत्सर्जन कर रही है। जब कार प्रेक्षक की ओर बढ़ती है, तो ये तरंगें संपीड़ित हो जाती हैं, जिससे प्रेक्षक के लिए उच्च आवृत्ति होती है।

प्रकाश में डॉपलर प्रभाव

डॉपलर प्रभाव प्रकाश पर भी लागू होता है, हालांकि यह विद्युत चुंबकीय तरंगों की प्रकृति के कारण कुछ हद तक भिन्न होता है। प्रकाश के क्षेत्र में, डॉपलर प्रभाव तरंगदैर्ध्य और प्रकाश की आवृत्ति में एक विपथन के रूप में प्रकट होता है। जब एक वस्तु जो प्रकाश उत्सर्जित करती है, प्रेक्षक की ओर बढ़ती है, तो प्रकाश नीले सिरे की ओर स्थानांतरित होता हुआ प्रतीत होता है, जिसे ब्लूशिफ्ट के रूप में जाना जाता है। इसके विपरीत, जब वस्तु दूर जा रही होती है, तो प्रकाश लाल सिरे की ओर स्थानांतरित होता हुआ प्रतीत होता है, जिसे रेडशिफ्ट कहा जाता है।

प्रकाश तरंगों के लिए देखी गई आवृत्ति ((f')) का सूत्र है:

f' = left(frac{c + v_o}{c + v_s}right) cdot f

जहाँ:

• f प्रकाश स्रोत की वास्तविक आवृत्ति है।
• c निर्वात में प्रकाश की गति है, लगभग (3 times 10^8) मीटर/सेकंड।
• v_o प्रेक्षक की गति है।
• v_s स्रोत की गति है।

पाठ उदाहरण

कल्पना करें कि एक तारा (6 times 10^{14}) हर्ट्ज की आवृत्ति पर प्रकाश उत्सर्जित करता है, और यह पृथ्वी से (1 times 10^6) मीटर/सेकंड की गति से दूर जा रहा है। पृथ्वी पर प्रकाश की देखी गई आवृत्ति क्या है?

f' = left(frac{3 times 10^8}{3 times 10^8 + 1 times 10^6}right) cdot (6 times 10^{14})

सरलीकरण,

f' = left(frac{3 times 10^8}{3.01 times 10^8}right) cdot (6 times 10^{14})

जैसे-जैसे तारा दूर जा रहा है, आवृत्ति में मामूली कमी की गणना करें।

दृश्य उदाहरण

दूर जा रहे तारे का दृश्य चित्रण:

दृश्य में, लाल बिंदीदार रेखा दर्शाती है कि जैसे-जैसे तारा पृथ्वी से दूर जाता है, प्रकाश तरंगें फैलती हैं, जिससे रेडशिफ्ट होता है।

डॉपलर प्रभाव के अनुप्रयोग

डॉपलर प्रभाव के कई क्षेत्रों में अनुप्रयोग हैं:

• खगोल विज्ञान: रेडশिफ्ट और ब्लूशिफ्ट खगोलविदों को तारों और आकाशगंगाओं की गति निर्धारित करने में मदद करते हैं, जो ब्रह्मांड के विस्तार के सिद्धांत में सहायक होता है।
• मौसम रडार: डॉपलर रडार वापस लौटने वाली रडार तरंगों की आवृत्ति में भिन्नताओं का उपयोग मौसम प्रणालियों में पवन गति को मापने के लिए करते हैं।
• चिकित्सा इमेजिंग: डॉपलर अल्ट्रासाउंड चिकित्सा निदान में रक्त प्रवाह की निगरानी करने में मदद करता है।
• गति मापन: पुलिस डॉपलर प्रभाव का उपयोग करके रडारगन में वाहनों की गति मापते हैं।

निष्कर्ष

डॉपलर प्रभाव गति में स्रोत या प्रेक्षक के होते समय तरंग व्यवहार को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण अवधारणा है। चाहे वह सायरन की ध्वनि में परिवर्तन हो या दूरस्थ आकाशगंगाओं से प्रकाश के रंग में परिवर्तन, डॉपलर प्रभाव मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। ध्वनि और प्रकाश दोनों के अन्वेषण द्वारा, हम इस घटना की बहुमुखी प्रतिभा और दुनिया भर में वैज्ञानिक और व्यावहारिक अनुप्रयोगों में इसके महत्व को समझ सकते हैं।

टिप्पणियाँ