डॉपलर प्रभाव (Doppler Effect)

इस लेख में, हम डॉपलर प्रभाव के बारे में अध्ययन करने जा रहे हैं। यह ध्वनि और प्रकाश तरंगों सहित अधिकांश तरंगों द्वारा प्रदर्शित की जाने वाली एक घटना है। लेकिन आम तौर पर हम इसका अध्ययन ध्वनि और प्रकाश तरंगों के संदर्भ में करते हैं।

Table of Contents

• डॉपलर प्रभाव क्या होता है?
• प्रकाश तरंगों के मामले में डॉपलर प्रभाव
• ध्वनि तरंगों के मामले में डॉपलर प्रभाव
• डॉप्लर प्रभाव के अनुप्रयोग

डॉपलर प्रभाव क्या होता है?

डॉपलर प्रभाव, तरंगों के गति-संबंधी आवृत्ति परिवर्तन (motion-related frequency change) से संबंधित है।

• जैसे ही तरंग का स्रोत (ध्वनि या प्रकाश तरंग) प्रेक्षक की ओर बढ़ता है (या प्रेक्षक स्रोत की ओर), तरंग की आवृत्ति/frequency (या स्वरमान/पिच/pitch) बढ़ने लगती है (जिसे आवृत्ति में ऊपर की ओर शिफ्ट / upward shift कहा जाता है), और तरंगदैर्ध्य कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, हमारी ओर आने वाली तेज गति वाली ट्रेन का स्वरमान स्रोत के असल स्वरमान की तुलना में अधिक प्रतीत होता है।
• जबकि, जैसे-जैसे तरंग का स्रोत प्रेक्षक से दूर जाता है (या प्रेक्षक स्रोत से दूर), तरंग की आवृत्ति (या स्वरमान) कम होने लगती है (जिसे आवृत्ति में नीचे की ओर शिफ्ट / downward shift कहा जाता है), और तरंग दैर्ध्य बढ़ जाती है। उदाहरण के लिए, हमसे दूर जाने वाली तेज गति वाली ट्रेन का स्वरमान स्रोत की तुलना में कम प्रतीत होता है।

डॉपलर प्रभाव पहली बार 1842 में ऑस्ट्रियाई भौतिक विज्ञानी जोहान क्रिश्चियन (Johann Christian) द्वारा प्रस्तावित किया गया था। उन्होंने इसे प्रकाश तरंगों में देखा। डॉपलर प्रभाव का परीक्षण 1845 में हॉलैंड में बैलेट (Ballot) द्वारा प्रयोगात्मक रूप से किया गया था।

जैसा कि पहले ही बताया जा चुका है, यह प्रभाव एक तरंग-सम्बंधित घटना है, और किसी भी तरंग के लिए सही है, चाहे वह ध्वनि तरंग हो, या विद्युत चुम्बकीय तरंग (जैसे प्रकाश तरंग)।

प्रकाश तरंगों के मामले में डॉपलर प्रभाव

जोहान क्रिश्चियन (Johann Christian) ने देखा कि कुछ तारों से आने वाली प्रकाश की वर्णक्रमीय रेखाएँ (spectral lines) स्पेक्ट्रम के लाल या बैंगनी सिरे की ओर उनकी सामान्य स्थिति से बहुत कम दूरी पर स्थानांतरित हो जाती हैं। ऐसा डॉपलर प्रभाव के कारण हुआ।

• डॉप्लर प्रभाव के कारण तरंगदैर्घ्य में वृद्धि को लाल विस्थापन (रेड शिफ्ट) कहा जाता है - इसमें स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र के मध्य में तरंग दैर्ध्य स्पेक्ट्रम के लाल छोर की ओर खिसक जाता है। प्रकाश के लाल विस्थापन का अर्थ है कि तारा पृथ्वी से दूर जा रहा है।

• डॉप्लर प्रभाव के कारण तरंग दैर्ध्य में कमी को नीला विस्थापन (वायलेट या ब्लू शिफ्ट) कहा जाता है - इसमें स्पेक्ट्रम के दृश्य क्षेत्र के बीच में तरंग दैर्ध्य स्पेक्ट्रम के बैंगनी छोर की ओर खिसक जाता है। बैंगनी या नीली रोशनी का मतलब है कि तारा पृथ्वी की ओर आ रहा है।

नोट

यह पाया गया कि अधिकांश आकाशगंगाएँ अपनी वर्णक्रमीय रेखाओं में एक लाल विस्थापन प्रदर्शित करती हैं। इसने साबित कर दिया कि ज्यादातर आकाशगंगाएं हमसे दूर जा रही हैं। इसने बिग बैंग थ्योरी (Big Bang Theory) के विचार का समर्थन किया, और यह कि ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है (अर्थार्थ ब्रह्मांड स्थिर नहीं है)। इसने ब्रह्मांड के स्टेटिक-स्टेट मॉडल (Static-State model) को पूर्णतः नकार दिया।

हम जानते हैं कि अधिकांश तरंगों को संचरण के लिए माध्यम की आवश्यकता होती है। हालाँकि, विद्युत चुम्बकीय तरंगों के मामले में ऐसा नहीं है - उन्हें प्रसार के लिए किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती है। इसलिए अंतरिक्ष के निर्वात से यात्रा करते हुए सूर्य का प्रकाश सूर्य से पृथ्वी तक पहुंच सकता है।

माध्यम की अनुपस्थिति में डॉप्लर प्रभाव

यदि माध्यम मौजूद नहीं है, तो डॉप्लर शिफ्ट समान रहता है, भले ही:

• स्रोत प्रेक्षक की ओर बढ़ रहा हो, या
• प्रेक्षक स्रोत की ओर बढ़ रहा हो।

ऐसा इसलिए, क्योंकि माध्यम के अभाव में दोनों स्थितियों में कोई अंतर नहीं होता।

ध्वनि तरंगों के मामले में डॉपलर प्रभाव

ध्वनि तरंगों के मामले में, जैसे-जैसे ध्वनि-स्रोत प्रेक्षक की ओर बढ़ता है, प्रेक्षित ध्वनि की आवृत्ति/स्वरमान बढ़ जाती है।

इसी तरह, जैसे-जैसे ध्वनि-स्रोत प्रेक्षक से दूर जाता है, प्रेक्षित ध्वनि की आवृत्ति/स्वरमान कम हो जाती है।

डॉप्लर प्रभाव के अनुप्रयोग

• जैसा कि पहले ही बताया जा चुका है, खगोल भौतिकीविद डॉपलर प्रभाव का उपयोग दूर के खगोलीय पिंडों, जैसे सितारों और आकाशगंगाओं की गति और दिशा को मापने के लिए करते हैं।
• हम किसी ऑटोमोबाइल से परावर्तित विद्युत चुम्बकीय तरंग में डॉपलर शिफ्ट को मापकर उस ऑटोमोबाइल की गति का पता लगा सकते हैं। इसलिए, इसका उपयोग पुलिस द्वारा वाहनों की अधिक गति की जांच करने के लिए किया जाता है। ऐसा करने के लिए, ज्ञात आवृत्ति की ध्वनि तरंग या विद्युत चुम्बकीय तरंग को वांछित गतिमान वस्तु की ओर भेजा जाता है। तरंग का कुछ भाग वस्तु से परावर्तित होता है और परावर्तित तरंग की आवृत्ति का पता निगरानी स्टेशन द्वारा लगाया जाता है।
• इसका उपयोग वायु सेना और नागरिक उड्डयन द्वारा विमानों का मार्गदर्शन करने और दुश्मन के विमानों का पता लगाने के लिए किया जाता है।
• डॉप्लर प्रभाव चिकित्सा विज्ञान में भी उपयोगी है, उदा. सोनोग्राफी (sonography) और इकोकार्डियोग्राम (echocardiogram) में। सोनोग्राफी में, अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग किया जाता है - वे शरीर में प्रवेश करती हैं और वापस परावर्तित होती हैं। यह डॉक्टरों को रक्त की गति, आंतरिक अंगों, भ्रूण के दिल की धड़कन, आदि का पता लगाने में मदद करता है। इकोकार्डियोग्राम में हम इसी तरह से हृदय का अध्ययन करते हैं - यहां हमें हृदय के वाल्वों की धड़कन का अध्ययन करने को मिलता है, और दिल की तस्वीर तक भी देखने को मिलती है। ।