Lite fakta om ljuset

Dopplereffekten

Står du och lyssnar på ett tåg som passerar, så hör du hur ljudet förändras från det förbipasserande tåget och tågvisslans tjut. När tåget närmar sig låter det på ett visst sätt och när tåget passerat dig låter det på ett annat sätt .

Du kanske aldrig har funderat över varför det är så, men det gjorde Christian Doppler och hans beskrivningar och förklaringar till detta fenomen kallas dopplereffekten.

Skälet till dopplereffekten kan förklaras så här:
Du uppfattar ljudet från tågvisslan därför att ljudvågor med en viss frekvens rör sig med en jämn hastighet från tågvisslan in i ditt öra. När tåget kommer åkande mot dig förändras inte ljudets hastighet, men varje ny våg får kortare väg till ditt öra än den våg som kom närmast före. Följden blir att vågorna trycks ihop och blir flera per sekund när de når dig som lyssnar, vilket gör att tonhöjden ökar dvs du hör en ljusare ton. När tåget sedan avlägsnar sig får ljudvågorna en allt längre väg till ditt öra, de glesas ut och blir färre per sekund, vilket då gör att tonhöjden minskar dvs du hör en mörkare ton.

När tåget står stilla, rör sig ljudvågorna från tågvisslan med en jämn hastighet till ditt öra.

När tåget rör sig mot dig, trycks ljudvågorna från tågvisslan ihop, du hör en ljusare ton.

När tåget rör sig ifrån dig, dras ljudvågorna från tågvisslan ut, du hör en mörkare ton.

Ett enkelt experiment:
Ställ in en vattenkran så att den droppar i jämn takt. Ta en plastbägare och håll den under kranen. Lyssna till droppet. För därefter bägaren först uppåt mot kranen och sedan neråt.Vad händer?

Samma sak händer med ljuset. Ljus med olika färg har olika frekvenser (antal vågor per sekund), precis som ljud har olika tonhöjd. Ljuset färdas med en mycket högre hastighet än ljudet, så snabbt att världens snabbaste tåg ser ut att stå still vid en jämförelse. Detta gör att du inte kan se att tåget egentligen ändrar färg när det passerar dig (om du nu inte har tillgång till ytterst känsliga instrument).

Om du skulle kunna se ljusförändringen så skulle du upptäcka att när tåget rör sig mot dig förändras inte ljusets hastighet, men varje ny våg får kortare väg till ditt öga än den våg som kom närmast före. Ljusvågorna bli fler per sekund när de når dig, vilket gör att ljuset ser blåare ut. När tåget sedan avlägsnar sig får ljusvågorna en allt längre väg till ditt öga, de glesas ut och blir färre per sekund, vilket då gör att ljuset ser "rödare" ut.

När vitt ljus (som egentligen är en blandning av ljus i regnbågens olika färger) passerar genom ett glasprisma (glasbit med trekantiga sidor) bryts ljuset så att det delas upp i de olika färger som det vita ljuset egentligen består av : violett, indigo (mörkblått), blått, grönt, gult, orange och rött ljus.

Det är detta fenomen du ser när du tittar på en regnbåge, då fungerar regndropparna som små prismor som delar upp ljuset.
ännu ett enkelt experiment:
Klipp ut en rund skiva i kartong, ca 10 cm i diameter. Dela skivan i sju lika stora delar. Varje del blir ungefär 51 (använd gradskiva). Färglägg skivan så att varje del är målad med en av regnbågens färger: violett, indigo (mörkblått), blått, grönt, gult, orange och rött. Gör ett hål i mitten av skivan och stick igenom en penna. Snurra snabbt på skivan. Vad händer?

Det blå ljuset har ungefär dubbelt så hög frekvens som det röda dvs det kommer dubbelt så många vågor per sekund från det blå ljuset jämfört med det röda.

Ju fler ljusvågor per sekund desto "blåare" färgton hos ljuset (det vita ljuset), och ju färre ljusvågor per sekund desto "rödare" färgton hos ljuset, det är detta som gör att tåget egentligen ändrar färg. Detta fenomen kallas "rödförskjutning", ljuset får en "rödare" färgton när det rör sig bortåt, respektive "blåförskjutning", ljuset får en "blåare" färgton när det rör sig hitåt.

Dessa färgförändringar som bildas p g a dopplereffekten gör att vi kan mäta hur snabbt t ex en stjärna rör sig och åt vilket håll.

Ibland säger man "med ljusets hastighet" när man egentligen menar "hur fort som helst". Det är på sätt och vis alldeles riktigt, eftersom inga föremål kan färdas lika snabbt som ljuset.

Man hade länge på olika sätt gjort mätningar av ljudets hastighet. Alla mätningar tydde på att ljuset alltid gick lika fort oberoende av hur åskådaren rörde sig. Men det var inte så lätt att acceptera tanken på att ljuset skulle passera med samma hastighet oberoende av om man var på väg i samma riktning som ljuset eller åt andra hållet. På landsvägen är det ju stor skillnad på att möta och att bli omkörd...

Einstein teorier bygger helt på att ljushastigheten är den högsta hastighet som existerar i universum och att den alltid är den samma. Ljushastigheten i vakuum är 300 000 km/s.


Tillbaka till arbetsmaterialet!