안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
앰뷸런스가 나를 향해 달려올 때는 사이렌 소리가 크고 높게 들리다가, 나를 지나쳐 멀어질 때는 순식간에 낮고 작게 바뀌는 것을 경험해 보셨을 거에요. 이것이 바로 파동의 파원과 관찰자 사이의 상대적인 운동 때문에 발생하는 도플러 효과입니다. 도플러 효과에 대해 자세히 설명해 드릴게요.
도플러 효과의 핵심은 파원이 이동하면서 자신이 퍼뜨리는 파동의 간격을 직접 좁히거나 넓힌다는 점에 있습니다. 파원이 접근할 때, 관찰자 입장에서는 파동과 파동 사이의 거리인 파장이 짧아지고, 파동의 속도는 매질 속에서 일정하므로, 파장이 짧아진 만큼 단위 시간당 파동의 수, 즉 주파수가 높아집니다. 음파라면 더 높은 음으로, 빛이라면 더 청색 쪽으로 관찰됩니다. 반대로, 파원이 멀어질 때, 관찰자 입장에서는 파동과 파동 사이의 거리인 파장이 길아지고, 파동의 수, 즉 주파수가 낮아집니다. 음파라면 더 낮은 음으로, 빛이라면 더 적색 쪽으로 관찰됩니다.
실생활에서 도플러 효과 활용 사례는 초음파를 혈관에 쏘아 적혈구에 맞고 반사되는 파동의 주파수 변화를 측정하여 혈류의 속도, 방향, 혈관 막힘 유무를 비침습적으로 진단합니다. 또한, 달리는 차량에 전자기파나 레이저를 쏘아 반사되어 돌아오는 파동의 주파수 변화를 계산하여 차량의 이동 속도를 정밀 측정합니다.