Animace ilustrující, jak Dopplerův jev způsobuje, že motor auta nebo siréna zní výš, když se blíží, než když se vzdaluje. Červené kroužky představují zvukové vlny.
Běžným příkladem Dopplerova posunu je změna výšky tónu, která je slyšet, když se vozidlo troubící na klakson přibližuje a vzdaluje od pozorovatele. V porovnání s vysílanou frekvencí je přijímaná frekvence vyšší během přibližování, stejná v okamžiku míjení a nižší během vzdalování.
Experiment Buys Ballot (1845) na zdi v Utrechtu (2019)
Pokud jsou rychlosti a malé v porovnání s rychlostí vlny, je vztah mezi pozorovanou frekvencí a vyzařovanou frekvencí přibližně takový.
Protože můžeme nahradit geometrické rozšíření:
Akustický dopplerovský profiler proudu
Akustický dopplerovský profilovač proudu (ADCP) je hydroakustický měřič proudu podobný sonaru, který se používá k měření rychlosti vodního proudu v určitém hloubkovém rozsahu pomocí Dopplerova efektu zvukových vln rozptýlených zpět od částic ve vodním sloupci. Termín ADCP je obecným označením pro všechny akustické profiloměry proudu, ačkoli zkratka pochází z řady přístrojů, kterou v 80. letech 20. století představila společnost RD Instruments. Rozsah pracovních frekvencí přístrojů ADCP se pohybuje od 38 kHz do několika megahertzů. Přístroj používaný ve vzduchu pro profilování rychlosti větru pomocí zvuku je známý jako SODAR a pracuje na stejných základních principech.
Dynamické plánování dráhy v reálném čase v robotice, které pomáhá robotům při pohybu ve složitém prostředí s pohyblivými překážkami, často využívá Dopplerův jev. Takové aplikace se používají speciálně pro soutěžní robotiku, kde se prostředí neustále mění, například v roboskutečnosti.
Sirény projíždějících vozidel záchranné služby.
Siréna na projíždějícím záchranném vozidle začíná s vyšším sklonem, než je její stacionární výška, při průjezdu sklouzne dolů a při vzdalování se od pozorovatele pokračuje s nižším sklonem, než je její stacionární výška. Astronom John Dobson tento jev vysvětlil takto:
Důvodem, proč siréna klouže, je to, že vás nezasáhne.
Jinými slovy, pokud by se siréna blížila přímo k pozorovateli, výška tónu by zůstala konstantní, vyšší než stacionární, dokud by do něj vozidlo nenarazilo, a pak by okamžitě přeskočila na novou nižší výšku tónu. Protože vozidlo projíždí kolem pozorovatele, radiální rychlost nezůstává konstantní, ale mění se jako funkce úhlu mezi jeho zorným polem a rychlostí sirény:
kde je úhel mezi dopřednou rychlostí objektu a přímkou pohledu od objektu k pozorovateli.
Červený posuv spektrálních čar v optickém spektru nadkupy vzdálených galaxií (vpravo) v porovnání se spektrem Slunce (vlevo).
Dopplerův jev pro elektromagnetické vlny, jako je světlo, je velmi užitečný v astronomii a vede k tzv. červenému nebo modrému posuvu. Používá se k měření rychlosti, kterou se k nám hvězdy a galaxie přibližují nebo se od nás vzdalují, tedy jejich radiálních rychlostí. Toho lze využít ke zjištění, zda je zdánlivě jediná hvězda ve skutečnosti těsnou dvojhvězdou, k měření rychlosti rotace hvězd a galaxií nebo k detekci exoplanet. K tomuto červenému a modrému posuvu dochází ve velmi malém měřítku. Pokud by se objekt pohyboval směrem k Zemi, nebyl by rozdíl ve viditelném světle okem patrný.
Všimněte si, že červený posuv se používá také k měření rozpínání prostoru, ale že se nejedná o skutečný Dopplerův jev. Červený posuv způsobený rozpínáním prostoru je spíše známý jako kosmologický červený posuv, který lze odvodit čistě z Robertsonovy-Walkerovy metriky podle formalismu obecné relativity. Po tomto konstatování se také stává, že na kosmologických škálách existují detekovatelné Dopplerovy efekty, které, pokud jsou nesprávně interpretovány jako kosmologického původu, vedou k pozorování zkreslení červeného posuvu prostoru.
Mezi blízkými hvězdami jsou největší radiální rychlosti vzhledem ke Slunci +308 km/s (BD-15°4041, známá také jako LHS 52, vzdálená 81,7 světelných let) a -260 km/s (Woolley 9722, známá také jako Wolf 1106 a LHS 64, vzdálená 78,2 světelných let). Kladná radiální rychlost znamená, že se hvězda od Slunce vzdaluje, záporná, že se přibližuje.
Protože dopplerovský posun ovlivňuje vlnu dopadající na cíl i vlnu odraženou zpět k radaru, je změna frekvence pozorovaná radarem v důsledku cíle pohybujícího se relativní rychlostí dvakrát větší než u stejného cíle vysílajícího vlnu:
Echokardiogram může v určitých mezích pomocí Dopplerova jevu přesně určit směr toku krve a rychlost proudění krve a srdeční tkáně v libovolném bodě. Jedním z omezení je, že ultrazvukový paprsek by měl být co nejvíce rovnoběžný s průtokem krve. Měření rychlosti umožňuje posoudit plochy a funkci srdečních chlopní, abnormální komunikaci mezi levou a pravou stranou srdce, únik krve přes chlopně (chlopenní regurgitaci) a výpočet srdečního výdeje. Ke zlepšení měření rychlosti nebo jiných lékařských měření souvisejících s průtokem lze použít ultrazvuk s kontrastní látkou naplněnou plynem.
Ačkoli se „Doppler“ stal v lékařském zobrazování synonymem pro „měření rychlosti“, v mnoha případech se neměří frekvenční posun (Dopplerův posun) přijímaného signálu, ale fázový posun (kdy přijímaný signál dorazí) [p 4].
Měření rychlosti průtoku krve se používá i v jiných oblastech lékařské ultrasonografie, například v porodnictví a neurologii. Měření rychlosti průtoku krve v tepnách a žilách na základě Dopplerova jevu je účinným nástrojem pro diagnostiku cévních problémů, jako jsou například stenózy.
K měření rychlosti proudění tekutin byly vyvinuty přístroje, jako je laserový Dopplerův rychloměr (LDV) a akustický Dopplerův rychloměr (ADV). LDV vysílá světelný paprsek a ADV vysílá ultrazvukový akustický výboj a měří Dopplerův posun vlnových délek odrazů od částic pohybujících se s prouděním. Skutečné proudění se vypočítá jako funkce rychlosti a fáze vody. Tato technika umožňuje neinvazivní měření průtoku s vysokou přesností a frekvencí.
Měření rychlostního profilu
Ultrazvuková dopplerovská velocimetrie (UDV), která byla původně vyvinuta pro měření rychlosti v lékařských aplikacích (průtok krve), dokáže v reálném čase měřit kompletní rychlostní profil v téměř všech kapalinách obsahujících částice v suspenzi, jako je prach, plynové bubliny, emulze. Proudění může být pulzující, oscilující, laminární nebo turbulentní, stacionární nebo přechodné. Tato technika je plně neinvazivní.
Možné dopplerovské posuny v závislosti na výškovém úhlu (LEO: výška oběžné dráhy = 750 km). Pevná pozemní stanice.
Rychle se pohybující družice mohou mít vůči pozemní stanici dopplerovský posun v řádu desítek kilohertzů. Rychlost, a tedy i velikost Dopplerova jevu, se mění v důsledku zakřivení Země. Aby družice přijímala signál o konstantní frekvenci, používá se dynamická Dopplerova kompenzace, kdy se frekvence signálu během přenosu postupně mění. Poté, co se zjistilo, že před vypuštěním sondy Huygens mise Cassini-Huygens v roce 2005 nebyl Dopplerův posun zohledněn, byla trajektorie sondy upravena tak, aby se k Titanu blížila kolmo ke směru svého pohybu vůči Cassini, čímž se Dopplerův posun výrazně snížil.
Dopplerův posun přímé dráhy lze odhadnout podle následujícího vzorce:
kde je rychlost mobilní stanice, je vlnová délka nosné, je elevační úhel družice a je směr jízdy vzhledem k družici.
Dodatečný Dopplerův posun způsobený pohybem družice lze popsat takto:
kde je relativní rychlost družice.
Reproduktor Leslie, který je nejčastěji spojován se slavnými varhanami Hammond a je jimi převážně používán, využívá Dopplerova jevu tím, že pomocí elektromotoru otáčí akustickým rohem kolem reproduktoru a vysílá jeho zvuk v kruhu. Výsledkem je u posluchače rychle se měnící frekvence klávesového tónu.
Laserový Dopplerův vibrometr (LDV) je bezkontaktní přístroj pro měření vibrací. Laserový paprsek z LDV je nasměrován na zájmový povrch a amplituda a frekvence vibrací jsou získány z Dopplerova posunu frekvence laserového paprsku v důsledku pohybu povrchu.
Během segmentace embryí obratlovců se v presomitickém mezodermu, tkáni, z níž se tvoří prekurzory obratlů (somity), šíří vlny genové exprese. Nový somit vzniká po příchodu vlny na přední konec presomitického mezodermu. U zebřiček bylo prokázáno, že zkrácení presomitického mezodermu během segmentace vede k Dopplerovu efektu, když se přední konec tkáně přesune do vlny. Tento Dopplerův efekt přispívá k periodě segmentace [p 5].
Od roku 1968 vědci jako Victor Veselago spekulovali o možnosti inverzního Dopplerova jevu. Velikost Dopplerova posunu závisí na indexu lomu prostředí, kterým vlna prochází. Některé materiály jsou však schopny záporného lomu, což by mělo vést k Dopplerovu posunu, který působí v opačném směru než běžný Dopplerův posun. První experiment, který tento jev zjistil, provedli Nigel Seddon a Trevor Bearpark v Bristolu ve Velké Británii v roce 2003 [p 6] Později byl inverzní Dopplerův jev pozorován v některých nehomogenních materiálech a předpovězen uvnitř Vavilovova-Čerenkova kužele.
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–