Effetto Dopler



Doppler  (effetto), chiamato anche effetto Doppler- Fizeau per il fatto che nel 1848 A. H. L. Fizeau  ne scoprì la validità anche in ottica, effetto consistente nella modificazione della frequenza del suono, di onde elettromagnetiche o della luce ricevuti quando la sorgente sonora, radioelettrica o luminosa si trova in movimento rispetto all'osservatore. Si spiega così il fatto che il fischio di una locomotiva sembra più acuto quando essa si sta avvicinando all'ascoltatore e più grave quando se ne allontana. In fisica non relativistica (nel caso del suono e, per piccole velocità Vo dell'osservatore O e Vs della sorgente S in rapporto alla velocità della luce, delle onde elettromagnetiche), la frequenza percepita n' è data dadove c è la velocità di propagazione dell'onda emessa e ao e as gli angoli che Vo e Vs formano con la retta orientata OS. In fisica relativistica, l'effetto Doppler per le onde elettromagnetiche (in questo caso c è la velocità della luce) è dato da dove Vr = Vs ­ Vo è la velocità relativa e a è l'angolo formato da Vr con OS.

L'effetto Doppler si manifesta anche nei riguardi della frequenza della luce emessa da una sorgente in movimento rispetto a un osservatore. Ad es., lo spettro della luce emessa da una sorgente che si allontana è spostato verso il rosso rispetto a quello della luce emessa da una sorgente identica alla prima e in quiete rispetto all'osservatore. A differenza dell'effetto Doppler del suono, quello della luce dipende solo dal moto relativo tra sorgente e osservatore, perchè la velocità della luce è indipendente dalla velocità della sorgente.

Lo spostamento verso il rosso dello spettro emesso dagli oggetti extragalattici permette di misurarne la velocità radiale di allontanamento; l'effetto Doppler consente inoltre di misurare la velocità alternativamente di allontanamento (positiva) o di avvicinamento (negativa) di una stella doppia, permettendo di costruire la curva di velocitΰ radiale di una o entrambe le componenti, nonchè di valutare la rotazione di una stella dall'allargamento delle sue righe spettrali, dovuto al contemporaneo spostamento verso il rosso e il violetto delle righe che provengono dalla parte che si allontana e, rispettivamente, che si avvicina a noi. In radioastronomia, mediante lo studio dell'effetto Doppler sulla riga di 21 cm si sono potuti studiare i moti delle nubi di idrogeno interstellare, risalendo da questi alla scoperta della struttura a spirale della Galassia. La larghezza delle righe dello spettro di emissione di un gas dipende in parte dall'effetto Doppler: gli atomi di un gas si muovono in tutte le direzioni con velocitΰ molto differenti distribuite intorno a una velocità media dipendente dalla temperatura assoluta; di conseguenza durante l'emissione invece di una sola frequenza si osserva una banda di frequenze per cui ogni riga spettrale appare tanto più larga quanto più alta è la temperatura del gas. L'analisi della larghezza Doppler delle righe spettrali di un gas permette di determinarne la temperatura, specialmente quando questa è molto elevata, come avviene ad es. nel plasma sottoposto a processi di fusione. L'effetto Doppler viene anche sfruttato in aviazione per alcuni strumenti di radar-navigazione, dotati di antenne fisse o mobili a onda continua. Questi strumenti, registrando le differenze di frequenza tra un segnale emesso dal radar e l'energia riflessa da terra, riescono a fornire dati sulla velocità dell'aereo rispetto al suolo e sulla sua deriva, con un'approssimazione dello 0,5 per cento.