Dopplereffekt – Was ist das? Eine Definition

Der Dopplereffekt ist die scheinbare Änderung der Frequenz eines akustischen oder elektromagnetischen Signals. Der Effekt tritt auf, wenn entweder der Beobachter stationär und die Sendequelle beweglich ist oder umgekehrt der Beobachter beweglich und die Sendequelle stationär ist.

Die scheinbare Frequenzänderung ist proportional zur relativen Geschwindigkeit zwischen dem Beobachter und der Quelle entlang der Strecke zwischen ihnen.

Der Dopplereffekt betrifft Schall, aber auch Licht.

Bei elektromagnetischen Wellen (z. B. Radio oder Licht) wird der Effekt allgemein als „Doppler-Fizeau-Effekt“ bezeichnet, da der französische Physiker Hippolyte Fizeau entdeckt hat, dass er auch das Licht betrifft.

Dieses Phänomen wird in der Astrophysik genutzt, um die Winkelgeschwindigkeit von Sternen zu ermitteln. Dafür wird mit gedachten Linien zwischen einem Fixpunkt und einem Himmelskörper gearbeitet: Bewegt sich der Himmelskörper dank seiner Eigenbewegung im Raum, während der Fixpunkt stationär ist, lässt sich der Winkel zwischen den gedachten Linien messen. Die Winkelgeschwindigkeit gibt also an, wie schnell sich der Winkel zwischen diesen Linien in einer bestimmten Zeitspanne ändert.

Dies funktioniert, da die Bewegung der Sterne eine Verschiebung der emittierten Linien im Vergleich zu denselben Linien bewirkt, die von einer irdischen Quelle emittiert werden. Die Radialgeschwindigkeitsmethode, auch Doppler Spektroskopie genannt, ermöglicht darüber hinaus die Entdeckung von Exoplaneten. Sie beruht auf der Beobachtung des Doppler-Fizeau-Effekts.

Bei Schallwellen erscheint der von einer sich bewegenden Bewegung ausgestrahlte Ton je nach der Geschwindigkeit, mit der sie sich nähert, höher oder niedriger und je nach der Geschwindigkeit, mit der sie sich entfernt, tiefer oder niedriger. Der Dopplereffekt bewirkt zum Beispiel, dass die Sirene eines Krankenwagens höher klingt, wenn er sich nähert, und tiefer, wenn er sich entfernt. Dasselbe Prinzip gilt für Lichtstrahlung, die sich bei der Entfernung zu den längeren Wellenlängen (rot) und bei der Annäherung zu den kürzeren Wellenlängen (violett) verschiebt.

Man bestimmt also die Geschwindigkeit einer Schall oder Licht ausstrahlenden Bewegung, indem man die Verschiebung der empfangenen Frequenz gegenüber der ausgesendeten Frequenz misst.

Erklärung mit der Bach-Analogie

Man kann eine Analogie zu einem Bach herstellen, in den in regelmäßigen Abständen Blätter geworfen werden. Wenn man stromaufwärts geht (näher an die Quelle heran), wird man öfter Blätter im Wasser treiben sehen, und zwar immer öfter, wenn man schneller wird. Wenn man dagegen stromabwärts (von der Quelle weg) fährt, sieht man immer seltener Blätter, bis man schließlich nur noch eines sieht, wenn man mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Strömung fährt.

Hohe Töne haben hohe Frequenzen, d. h. man „trifft“ die Welle oft: Dies geschieht, wenn sich der Abstand zwischen Quelle und Empfänger verkürzt. Tiefe Töne haben niedrigere Frequenzen: Quelle und Empfänger entfernen sich voneinander.

Urhebender Autor: Redaktion Futura