Hiệu ứng Doppler là một hiện tượng vật lý phổ biến và có thể dễ dàng quan sát được ngay trong cuộc sống bình thường. Nhờ hiệu ứng này, rất nhiều các lý thuyết, giả thuyết về vũ trụ đã được đưa ra như giả thiết về sự dãn nở của vũ trụ, hay đơn giản là sự thay đổi âm thanh khi quan sát một chiếc xe trên đường cao tốc. Ở đây, tôi chỉ đưa ra những nét cơ bản về lý thuyết để bạn có thể dễ dàng hình dung một cách sơ bộ về hiệu ứng này.
Giả sử rằng chúng ta có một chú bọ đang rất hạnh phúc trong một vũng nước hình tròn. Bỗng nhiên chú bọ rung nhẹ các đôi chân của nó làm nhiễu động mặt nước. Nếu các nhiễu động này khởi đầu từ một điểm, là chỗ chú bọ đang đậu, thì chúng sẽ tạo thành sóng lan rộng ra theo mọi hướng. Vì bản thân các nhiễu động này di chuyển trong cùng một môi trường là nước, nên chúng sẽ lan ra với cùng một tốc độ. Nhìn trên mặt nước lúc này, ta sẽ thấy có rất nhiều sóng được hình thành từ một điểm, là chỗ đứng của chú bọ, chúng tạo thành các vòng tròn đồng tâm như trong hình. Một người quan sát ở điểm A (phía bên trái chú bọ) sẽ quan sát thấy các nhiễu động đập vào viền vũng nước với tần số tương tự như người quan sát ở vị trí B (phía bên phải chú bọ hạnh phúc). Trên thực tế, tần số các sóng đập vào viền vũng nước cũng tương tự như tần số chân chú bọ đập vào nước để tạo thành nhiều động. Nếu chú bọ tạo ra các nhiễu động với tần số 2 Hz thì các quan sát viên ở A và B cũng ghi nhận tần số tương tự.
Bây giờ, hãy tiếp tục tưởng tượng chú bọ của chúng ta di chuyển về phía bên phải của vũng nước và tạo ra một tần số các nhiễu động không đổi (2 Hz). Do chú bọ di chuyển về phía bên phải, nên mỗi nhiễu động liên tiếp bắt nguồn từ chú bọ sẽ gần với B hơn A (mô tả như hình), hay nói cách khác, do khoảng cách từ con bọ tới điểm B gần hơn nên sóng sinh ra sẽ tới điểm B nhanh hơn điểm A và cũng tốn ít thời gian hơn. Lúc này, người quan sát ở vị trí B sẽ thấy tần số nhiều động cao hơn ở A và ở vị trí sinh ra nhiều động. Nếu chú bọ vẫn tạo ra nhiều động với tần số là 2 Hz thì quan sát viên ở điểm B sẽ ghi nhận tần số nhiều động >2 Hz, trong khi ở điểm A, tần số này sẽ <2Hz. Sự biến đổi tần số này được gọi là hiệu ứng Doppler.
Vậy hiệu ứng Doppler là gì?
Hiệu ứng Doppler là hiện tượng xảy ra khi nguồn sóng di chuyển khiến cho tần số sóng phát ra khác với tần số sóng thu được tại điểm quan sát, tuy nhiên, hiệu ứng này không được ghi nhận nếu nguồn sóng tạo ra các sóng với tần số không ổn định. Trở lại với ví dụ về chú bọ ở trên, nếu con bọ sinh ra các nhiều động trên mặt nước với tần số 2 Hz thì ở điểm B sẽ ghi nhận tần số >2 Hz, đơn giản là do khoảng cách từ chú bọ tới điểm B đã giảm đi, trong khi khoảng cách tới điểm A lại tăng lên.
Hiệu ứng Doppler được ghi nhận trên nhiều loại sóng khác nhau, sóng trên mặt nước, sóng âm, sóng ánh sáng,… Hãy tưởng tượng bạn nhìn thấy một xe cảnh sát hay một xe cứu thương hú còi và đang đi rất nhanh về phía bạn. Nếu có một thiết bị đo tần số cầm tay, bạn sẽ thấy tần số sóng âm bạn nhận được từ chiếc xe tăng dần theo thời gian cho đến khi nó đi ngang qua bạn, sau đó, do khoảng cách từ chiếc xe tới bạn ngày một xa dần nên bạn sẽ thấy tần số âm giảm dần và tiến tới 0.
Hiệu ứng Doppler trong nghiên cứu vũ trụ
Hiệu ứng này rất hữu dụng đối với các nhà thiên văn học, họ tin rằng vũ trụ đang dãn nở với một tốc độ không thể tin được (hay còn được gọi là lạm phát). Dựa trên các quan sát về sóng điện từ sinh ra từ các vì sao, họ thấy rằng chúng đang di chuyển ra xa chúng ra, nếu quan sát bằng một kính thiên văn, chúng ta có thể quan sát được hiện tượng dịch chuyển đỏ (do ánh sáng đỏ là ánh sáng có tần số thấp nhất trong các màu thuộc vùng khả kiến).
Ngoài việc chứng minh sự dãn nở của vũ trụ, hiệu ứng Doppler còn cung cấp các thông tin đặc biệt liên quan đến các thiên hà. Các thiên hà là một nhóm các sao xoay quanh một điểm. Các bức xạ điện từ phát ra từ các ngôi sao này có tần số giảm dần (dịch chuyển đỏ) nếu chúng có xu hướng đi xa khỏi Trái Đất và sẽ có tần số tăng dần (dịch chuyển xanh) nếu chúng có xu hướng tiến lại gần với chúng ta.
Phạm Ngọc Sơn
Điểm 4.7/5 dựa vào 47 đánh giá
1 nhận xét so far
bài viết hay lắm (Y)
EmoticonEmoticon