Представете си, че сте водач на линейка и трябва да шофирате с висока скорост по улиците на голям град, пълен с автомобили. А сега си представете, че сте един от тълпата на тротоара. Стоите на кръстовището и чакате момента, в който можете да пресечете улицата. Но първо трябва да пропуснете състезателната линейка.
Ревът на сирената й се чува отдалеч. Но странното е, че колкото по-близо се движи кола с червен кръст, толкова по-висок става звукът на сирена. Когато колата започне да се отдалечава, същото се повтаря, но обратно. Докато колата се отдалечава, звукът от сирената става все по-слаб и по-нисък, докато напълно изчезне. В същото време водачът на линейката не забелязва промени. За него качеството на звука не се променя.
Но външен наблюдател чува как терена се издига и как тогава тоналността намалява с разстояние. Звуковите вълни се разпространяват във въздуха по същия начин, както морските вълни по повърхността на водата.
И така, какво наистина се случва. Кой чува правилно? Шофьор или пешеходец? Променя ли се тона на сирената? И двете са прави. По-точно, никой не се заблуждава: и водачът, и пешеходецът чуват точно това, което трябва да чуят. Разликата във възприятието се дължи на ефекта на Доплер. Това, което чуваме като звук, всъщност са вълни, разпространяващи се във въздуха.
Сирената кара молекулите на въздуха да вибрират. Звуковите вълни се разпространяват във въздуха по същия начин, както морските вълни по повърхността на водата.Вълната е зона на разреждане, която след това се превръща в област на компресия. Процесът се повтаря много пъти за една секунда и се разпространява. Това е звуковата вълна. Колкото по-близо са едни и същи участъци на вълните една до друга, толкова по-висок е звукът, тоест, колкото по-голяма е неговата честота.
В нашия случай, когато „бързата“ вълна се приближи, звуковите вълни стават по-близо един до друг за пешеходците, защото скоростта на движение на автомобила и звукът се увеличават. Колкото по-малко е разстоянието между звуковите вълни, толкова по-висока е честотата и по-висок звуков тон. С отстраняването на машината разстоянието между вълните с увеличаване на разстоянието става все повече и повече, тоест честотата намалява постепенно и звукът става по-нисък. Хората в колата и източникът на звук са неподвижни един спрямо друг. Поради това не настъпват промени в тоналността. За да чуете промени в тоналността, слушателят и източникът на звук трябва да се движат един спрямо друг.
Доплеров ефект не само при звукови вълни
Вземете за пример светлинни вълни. Ако вместо линейка на линейка беше поставена жълта лампа, тогава, когато се приближи до наблюдателя, спектърът на лампата щеше да се измести към синята страна, а когато бъде премахната - към червената. При обичайните явления около нас скоростите на изместване са сравнително ниски, така че не забелязваме промени в светлинния спектър. Но ако скоростта на линейката се приближаваше към скоростта на светлината или е сравнима с нея, тогава ще забележим желаните промени.
Честотата е броят на вълновите гребени, които са преминали през определена точка за една секунда. Колкото по-висока е честотата, толкова по-висок е тона на звука или толкова по-синя става светлината.Шофьорът в този случай щеше да види жълта светлина, която постоянно пада на пътя. Но движеща се машина би сгъстила вълните пред нея и наблюдатели, които бяха неподвижни, докато се приближаваха към източник на светлина, ще видят изместване на светлинния спектър към високочестотната синя страна. Докато превозното средство се отдалечава, наблюдателят забелязва цвета на фенерчето да се връща от синьо в жълто. Постепенно този цвят ще се превърне в червен, изчезнал над хоризонта.