도플러 효과는 무엇을 말하며 실생활에서 예를 들수 있는 건 어떤게 있을까요?

Question

도플러 효과라는 건 무엇을 말하나요?

이 현상이 발생하는 원인은 무엇이고 주변에서 관찰할 수 있는 도플러 효과의 예시는 어떤 것들이 있을까요?

Answer 1

안녕하세요.

도플러 효과(Doppler Effect)는 파동의 발생원과 관찰자 간의 상대적 움직임에 따라 파동의 주파수가 변화하는 현상을 말합니다. 이 현상은 1842년 크리스티안 도플러(Christian Doppler)에 의해 처음 설명되었으며, 소리 뿐만 아니라 빛과 같은 전자기파에도 적용됩니다. 도플러 효과는 발생원이 관찰자에게 접근할 때 파동의 주파수가 높아지는(고조파로 이동) 것을 관찰할 수 있으며, 반대로 발생원이 멀어질 때는 주파수가 낮아지는(저조파로 이동) 현상이 발생합니다. 이는 파동의 파장이 각각 압축되거나 확장되기 때문입니다.
실생활에서 도플러 효과의 예는 다양하게 관찰됩니다. 가장 흔한 예는 긴급 차량의 사이렌 소리입니다. 구급차나 소방차가 관찰자에게 접근할 때는 사이렌의 소리가 높게 들리다가, 차량이 지나간 후에는 낮게 들리는 현상이 이에 해당합니다. 이는 사이렌의 파동이 관찰자에게 접근함에 따라 파장이 압축되어 주파수가 높아지기 때문입니다. 천문학에서는 별이나 은하가 지구로부터 멀어질 때 그 빛이 적색 편이(redshift)를 보이는 것을 관찰함으로써 우주의 팽창을 측정하는데 도플러 효과를 활용합니다. 이는 빛의 파장이 확장되어 빨간색 쪽으로 이동하는 현상으로, 천체의 속도와 거리를 추정할 수 있는 중요한 단서를 제공합니다. 이러한 현상들은 도플러 효과가 우리 일상과 과학적 연구에서 어떻게 활용되는지를 잘 보여주는 예시입니다.

Answer 2

안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.

도플러 효과란 소리를 내는 물체가 듣는 사람과 가까워지거나 멀어지면서 소리를 낼때 그 소리의 주파수가 바뀌는 효과를 의미합니다.

가장 쉬운 예로는 구급차 등의 사이렌 소리가 구급차가 나에게 다가올때의 소리와 나에게서 멀어질때 들리는 소리가 다르다는 것입니다.

이런 도플러 효과가 왜 생기는지를 간단한 예로 설명드려보겠습니다. 1초에 한번씩 종을 치는 사람이 있습니다. 그 사람이 가만히 서서 종을 친다면 당연히 우리 귀에 1초에 한번씩 종소리가 들릴 것입니다.

만약 종을 치는 사람이 340m/s의 속력(=공기에서 일반적인 소리의 속도)으로 멀어지면서 종을 친다면, 처음 종을 치고 다름 종을 칠때까지 그 사람은 340m 만큼 멀어질 것입니다. 두번째 종을 치면 그 소리는 340m 만큼 떨어져 있기에 실제 종을 친 시점보다 1초 뒤에 우리 귀에 들리게 됩니다. 즉 첫번째 종소리와 두번째 종소리 사이의 간격은 2초가 됩니다. 즉 주파수가 낮아지는 효과가 생기는 것입니디. 반대로 나에게 다가오면서 소리가 나면 주파수가 높아지는 효과가 생깁니다.

답변이 조금이나마 도움이 되기를 바랍니다.

감사합니다.