Cum putem "populariza" efectul doppler pentru undele luminoase?

[Adi]

Cred ca m-as descurca cu matematica de care spui, dar nu asta imi doresc.

Eu nu spun sa popularizezi prin formule, ci sa intelegi tu intai prin formule. Si apropo, formulele nu sunt decat distanta e viteza ori timpul. Cheia sta in diagrame, care si ele sunt simple, doar doua segmente. Abia dupa ce ai inteles cu adevarat (si nu vei intelege cu adevarat decat cand faci astea), abia apoi vei putea populariza mai bine, desigur fara formule. De exemplu, stiai ca prin efectul Doppler nerelativist iti poti da seama daca tu esti in miscare si sursa se misca sau invers sursa e in repaus si sursa nu se misca? Pun pariu ca nu stiai. Dovada ca tu ca popularizator sa inveti doar ce au popularizat altii nu e suficient.

Caut o reprezentare pentru copii mici a fenomenului, daca o exista una.

Da, si ai sansa mai mare sa o gasesti dupa ce vei intelege fenomenul. Ce am spus eu mai spus poate fi descris fara formule si grafice, dar cu o poveste pe care si copiii sa o inteleaga. Asa ne-a explicat noua profesorul de fizica in liceu.

Cat despre ideea cu compresia mediului, era vorba despre natura undelor sonore, variatii ale presiunii aerului, deci regiuni unde particulele de aer sunt compresate si unde sunt mai rarefiate. Asta era reprezentarea mea intuitiva ptr. undele sonore, pe care am extrapolat-o si cand am incercat sa vizualizez fara nicio picatura de matematica efectul doppler pentru sunete. Si inteleg de la tine ca am reprezentari gresite in privinta asta...

Deloc, ai inteles bine ca asta este sunetul. Ce ai inteles gresit e ca asta ar avea vreun rol in efectul Doppler la sunet. Cum anume se propaga sunetul nu are absolut nici o relevanta in efectul Doppler. Daca ai face acele diagrame de care am zis mai sus ai vedea ca tot ce conteaza e cine e in repaus si cine se misca si cu ce viteza, iar nu cum se propaga sunetul in aer, caci se propaga la fel mereu, si daca toti sunt in repaus si daca toti sunt in miscare, etc.

O asemenea reprezentare, care sa poata fi povestita la o bere, ori intr-un articol fara formule, speram sa ma ajute cineva sa gasesc si pentru undele electromagnetice, in masura in care o fi posibil.

Da, e nobil ca o cauti. Ce spun eu e ca vei avea sansa mica sa o gasesti daca nu intelegi fenomenul cu adevarat intai. Poti cel mult sa gasesti un om care sa iit povesteasca acea analogie gasita de el (pentru ca el stie fenomenul cu adevarat) si tu sa reproduci mai departe acea analogie. Dar tu singur nu vei putea gasi analogia daca nu intelegi fenomenul. Si ce zic eu e ca e asa de usor de inteles, incat ma mir ca nu esti interesat sa demonstezi singur formulele, tinand cont ca sunt la nivel de clasa a noua cu aplicarea de doua ori a distanta e viteza ori timpul. Dar iti respect decizia si astfel nu iti voi da eu solutia.[/list]

[HarapAlb]

Nu echivaleaza asta cu o pierdere de energie in univers, la nivel global? Cum ne pastram in acest caz in limitele legilor de conservare a energiei?

Ca sa raspundem la intrebarile astea ar trebui sa discutam despre modelele cosmologice.

Din cate inteleg eu nu efectul Doppler iti creaza dificultati ci lipsa unui mediu de propagare pentru undele electromagnetice.

[morpheus]

Dar iti respect decizia si astfel nu iti voi da eu solutia.

Multumesc, dar sa stii ca in acest caz, macar de dragul celorlalti cititori, puteai sa nu mi-o respecti   
Sigur nu m-as fi suparat

[morpheus]

Din cate inteleg eu nu efectul Doppler iti creaza dificultati ci lipsa unui mediu de propagare pentru undele electromagnetice.

Nu mai mi-e clar nici mie
O sa reiau maine gandurile la rumegat, sa vad ce o iesi 

[Adi]

Dar iti respect decizia si astfel nu iti voi da eu solutia.

Multumesc, dar sa stii ca in acest caz, macar de dragul celorlalti cititori, puteai sa nu mi-o respecti  
Sigur nu m-as fi suparat

Sigur, sa incerce si cititorii ce am sugerat, sa ne arate ce au incercat si unde s-au blocat si voi ajuta. E o problema prea frumoasa pentru a nu fi incercata intai. Altfel nu o apreciezi la adevarata ei valoare. Si iti respect decizia pentru ca nu ma crezi ca tocmai rezolvarea acelei probleme o poti pune ca o poveste si acea poveste e popularizare.

De exemplu cei de la NASA in filmul pus de Scientia.ro pe site s-au inselat. OK, e mult spus ca s-au inselat, dar pot spune ca induce in eroare. Ei zic ca se compreseaza aerul sau unda (asa cum ai zis tu mai sus si e gresit) si arata cum undele acelea albastre sunt albastre peste tot intre nava si Pamant. Si e fals. Ele sunt albastre doar pe Pamant. Ar mai fi albastre si peste tot intre Pamant si nava doar DACA ar fi acolo detectori sa masoare undele. E subtil asta. Caci cum o observi nu e o proprietate a undei in acel punct, ci a ta unde o observi.

[morpheus]

De exemplu cei de la NASA in filmul pus de Scientia.ro pe site s-au inselat. OK, e mult spus ca s-au inselat, dar pot spune ca induce in eroare. Ei zic ca se compreseaza aerul sau unda (asa cum ai zis tu mai sus si e gresit)

Incerc sa imi reprezint treaba cu undele sonore. Unda sonora e o compresie/rarefiere a aerului cauzata de o actiune mecanica (corzi vocale, diapazon etc.). Frecventa, asa cum e ea perceputa de observator, e data de numarul de maxime in unitatea de timp. Cand sursa sunetului se deplaseaza spre observator (auditoriu, sa-i zicem, de dragul exactitatii), numarul respectiv de maxime creste. La nivel fizic, al moleculelor de aer, nu se reduce asta la o crestere a densitatii lor in zona in care se afla sursa, in fata acesteia? Nu e de fapt vorba de cresterea vitezei cu care se schimba zonele pe presiune (mare/mica) a aerului? Aici e unul din lucrurile pe care incerc sa le vizualizez fara a face apel la matematica. Poate ai inteles ca as avea ceva impotriva folosirii matematicii, dar nu e nicidecum cazul. Incerc doar sa vad ce se petrece la nivel fundamental. Bineinteles ca e posibil sa bat campii din cauza intelegerii eronate a vreunui concept, dar ce pot face decat sa incerc si sa cer pareri?

... si arata cum undele acelea albastre sunt albastre peste tot intre nava si Pamant. Si e fals. Ele sunt albastre doar pe Pamant. Ar mai fi albastre si peste tot intre Pamant si nava doar DACA ar fi acolo detectori sa masoare undele. E subtil asta. Caci cum o observi nu e o proprietate a undei in acel punct, ci a ta unde o observi.

Si nuanta de albastru ar fi aceeasi? Intuiesc ca da, in cazul unei surse care se deplaseaza cu viteza constanta si a detectorilor aflati in acelasi sistem de referinta cu Terra. Dar daca sursa accelereaza? Schimba asta cu ceva ceea ce vad detectorii intermediari? Fii bun si nu ma trimite la ecuatii

[Adi]

Incerc sa imi reprezint treaba cu undele sonore. Unda sonora e o compresie/rarefiere a aerului cauzata de o actiune mecanica (corzi vocale, diapazon etc.). Frecventa, asa cum e ea perceputa de observator, e data de numarul de maxime in unitatea de timp. Cand sursa sunetului se deplaseaza spre observator (auditoriu, sa-i zicem, de dragul exactitatii), numarul respectiv de maxime creste. La nivel fizic, al moleculelor de aer, nu se reduce asta la o crestere a densitatii lor in zona in care se afla sursa, in fata acesteia? Nu e de fapt vorba de cresterea vitezei cu care se schimba zonele pe presiune (mare/mica) a aerului? Aici e unul din lucrurile pe care incerc sa le vizualizez fara a face apel la matematica. Poate ai inteles ca as avea ceva impotriva folosirii matematicii, dar nu e nicidecum cazul. Incerc doar sa vad ce se petrece la nivel fundamental. Bineinteles ca e posibil sa bat campii din cauza intelegerii eronate a vreunui concept, dar ce pot face decat sa incerc si sa cer pareri?

Tocmai asta spun, ca ai inteles gresit ce se intampla la nivel fundamental in efectul Doppler la sunete. Nu se schimba nici o densitate, nu se schimba nicio presiune in aer. Efectul asta Doppler s-ar simti si daca ar merge furnici pe sol spre tine cu viteza constanta dintr-o casuta care se deplaseaza spre tine cu o viteza constanta. Nu are de loc de-a face cu ce se propaga si cum se propaga, ci cu faptul ca sursa se misca fata de tine.

Acum nu am timp, dar mai tarziu o sa pun problema efectului Doppler ca o poveste pe o diagrama si apoi voi prezenta cele putine ecuatii si rezultatul. Asa vei intelege perfect. Desigur, la popularizare vei prezenta doar povestea si diagrama si faptul ca rezultatul zice ca frecventa creste atunci cand sursa e in repaus si tu te indepartezi de ea, ca frecventa creste si cand tu esti in repaus dar sursa se indeparteaza de tine, dar ca cele doua cresteri sunt diferite in cele doua cazuri, iar astfel in fizica clasica iti poti da seama cine se misca si cine este in repaus, adica faptul ca exista un sistem de referinta absolut in Univers. Ei bine, acesta pica in relativitate si atunci cele doua formule migreaza fiecare intr-o a treia formula in cazul relativitatii. Revin.

Si nuanta de albastru ar fi aceeasi? Intuiesc ca da, in cazul unei surse care se deplaseaza cu viteza constanta si a detectorilor aflati in acelasi sistem de referinta cu Terra.

Corect.

Dar daca sursa accelereaza? Schimba asta cu ceva ceea ce vad detectorii intermediari? Fii bun si nu ma trimite la ecuatii

Da, daca sursa e accelerata viteza creste in functie de timp si atunci si frecventa primita creste in functie de timp. Cum anume creste se vede din ecuatii. E o problema interesanta, nu am rezolvat-o niciodata.

[Quantum]

[...] frecventa creste atunci cand sursa e in repaus si tu te indepartezi de ea, ca frecventa creste si cand tu esti in repaus dar sursa se indeparteaza de tine [...]

Din moment ce lungimea de unda creste frecventa scade. Imi dau seama ca este o gresala de neatentie din cauza grabei.

[mircea_p]

In cazul undelor sonore exista o diferenta intre cazul in care sursa se misca si cel in care observatorul se misca.
Existenta unui mediu face ca cele doua cazuri sa nu fie echivalente.
In primul caz lungimea de unda in mediu se schimba datorita miscarii sursei: scade in fata sursei, creste in spatele sursei si este neschimbata pe o directie perpendiculara. Modificarea nu are nimic de-a face cu existenta unui observator, adica este prezenta peste tot, nu numai la observator. Daca mediul e aerul si deci e vorba de o unda ongitudinala, distanta intre maxime succesive (in spatiu) de compresie (sau rarefiere) se modifica.
Cred ca asta are in vedere Morpheus.

[Adi]

[...] frecventa creste atunci cand sursa e in repaus si tu te indepartezi de ea, ca frecventa creste si cand tu esti in repaus dar sursa se indeparteaza de tine [...]

Din moment ce lungimea de unda creste frecventa scade. Imi dau seama ca este o gresala de neatentie din cauza grabei.

Asa e, greseala de neatentie, mersi ca ai corectat-o.

[Adi]

In cazul undelor sonore exista o diferenta intre cazul in care sursa se misca si cel in care observatorul se misca.
Existenta unui mediu face ca cele doua cazuri sa nu fie echivalente.
In primul caz lungimea de unda in mediu se schimba datorita miscarii sursei: scade in fata sursei, creste in spatele sursei si este neschimbata pe o directie perpendiculara. Modificarea nu are nimic de-a face cu existenta unui observator, adica este prezenta peste tot, nu numai la observator. Daca mediul e aerul si deci e vorba de o unda ongitudinala, distanta intre maxime succesive (in spatiu) de compresie (sau rarefiere) se modifica.
Cred ca asta are in vedere Morpheus.

Buna observatie. In acest sens este si explicatia celor de la NASA referitoare la lumina. Sunt de acord cu observatia in masura in care ne imaginam niste valuri pe apa si atunci cand sursa se mareste inaltimea valurilor ramane la fel, dar doar sunt mai distantate intre ele. Cum lungimea de unda este data de distanta intre doua creste de valuri, atunci da, lungimea de unda creste si frecventa scade.

In cazul al doilea cand sursa e in repaus si observatorul se indeparteaza, atunci mediul de propagare chiar nu conteaza.

[AlexandruLazar]

Prima dată când am citit despre efectul acesta, mi l-am imaginat cam după cum urmează -- dar cu disclaimer-ul că trebuie analizat foarte serios fiindcă nu știu în ce măsură e corect; atunci când mi-am imaginat asta prima dată nu aveam prea multe cunoștințe (eram prin liceu) iar apoi am dat peste formule din care era mai clar de atât  . Mie mi se pare că raționamentul legat de viteza luminii este greșit, dar poate reușește cineva să o reformuleze într-un mod acceptabil, sau să-i dea o formă corectă plecând de la asta.

Pentru început, să zicem că avem o sursă într-un punct A și un observator într-un punct B, iar observatorul vede sursa ca fiind în repaus față de el. Sursa emite lumină de o anumită frecvență, și pentru ca lumina să ajungă până la el este nevoie să parcurgă un anumit număr de lungimi de undă, adică un anumit număr de "cocoașe" ale undei.

Acum hai să zicem că sursa merge dinspre A spre B cu o viteză constantă, și să ne uităm la unda emisă atunci când trece prin B. Unda aceasta trebuie să ajungă în A tot la fel de repede ca oricare alta, pentru că așa cum știm, viteza luminii nu depinde de viteza relativă a observatorilor. Problema este, desigur, că sursa se mișcă îndepărtându-se de A, deci ca să ajungă la fel de repede la A parcurgând cocoașe la fel de distanțate între ele, ar trebui să o parcurgă pe fiecare cu viteză mai mare, astfel încât să compenseze viteza sursei care se îndepărtează. Lumina nu poate face însă asta, așa că singura soluție este să aibă mai puține cocoașe de parcurs, deci să crească lungimea de undă. Similar, și în sens invers -- pentru a ajunge la fel de repede, ar trebui să parcurgă distanța dintre două cocoașe mai încet, dar cum nu poate face asta, trebuie să aibă mai multe cocoașe de parcurs.

Sunetul deranjant pe care îl auziți acum nu este de la vecini ci este zgomotul pe care îl face Einstein răsucindu-se în mormânt, dar poate îi vine cuiva o idee mai bună pornind de la ideea asta, sau o poate retușa până iese corect.

[Adi]

Cred ca are sens se zici.

[morpheus]

Unda aceasta trebuie să ajungă în A tot la fel de repede ca oricare alta, pentru că așa cum știm, viteza luminii nu depinde de viteza relativă a observatorilor.

Pe mine m-ai pierdut cam pe aici...Cred ca m-ar ajuta o diagrama
Sa luam cazul in care sursa se misca spre observator.
Deci sursa e initial in punctul A. Observatorul e in B.
Banuiesc ca ai vrut sa spui ca unda trebuie sa ajunga in B tot la fel de repede ca oricare alta.
Cine se misca spre cine si unde trebuie lumina sa ajunga la fel de repede ca oricare alta?

[AlexandruLazar]

Bleah, scuze, am inversat din grabă pozițiile observatorului și a sursei. Observatorul e în A, sursa în B, iar când sursa se mișcă dinspre A spre B (deci se îndepărtează de A) ne uităm la ceea ce emite exact când trece prin B.