C.5 · تأثير دوبلر

تغطي هذه الورقة موضوعات مختارة من المستوى العادي للمادة الأولى التي تم تقييمها في 2025؛ وهي لا تمثل المنهج الكامل.

المؤهلات السابقة: قراءة الكميات والوحدات المحددة، واستخدام العمليات الحسابية وشروط النموذج أدناه.

الأمثلة أصيلة ومخترعة: فهي ليست قياسات حقيقية أو تحقيقات طلابية فعلية.

ما الذي قد يفسر هذه الملاحظة؟

• يظهر خط طيفي مميز عند طول موجة أطول في مصدر بعيد. يمكن أن يوفر انزياحه دليلاً على الابتعاد على طول خط الرؤية.

بنِ النموذج

• الحركة النسبية للمصدر والمراقب تُغيّر التردد أو الطول الموجي المرصود.
• بالنسبة للضوء بسرعة نسبية أصغر بكثير من c، يكون مقدار الانزياح الكسري للطول الموجي تقريبًا v/c.
• odpus corresponds to longer wavelength, and approach to shorter wavelength.
• الانزياح الأحمر: إزاحة خط محدد نحو طول موجة أطول.
• طول الموجة السكوني: طول موجة الخط المقاس عند عدم وجود حركة نسبية للمصدر.

اختر الأدلة القادرة على اختبار النموذج

• قارن خطاً محدداً بطول موجته السكوني المخبري.
• استخدم z = (المقاس − السكوني) / السكوني، ثم v ≈ cz في نموذج السرعة المنخفضة المذكور.
• لا تطبق هذا التقريب دون التحقق من النظام أو معاملة الانزياح الكوني كسرعة دقيقة وبسيطة.

في المختبر: استخدم أطيافاً موصوفة مع معايرة وتحديد الخطوط. قارن عدة خطوط للحصول على إزاحة متسقة. اذكر عدم اليقين وُميّز بين الحركة النسبية على طول خط البصر والمركبة المستعرضة غير المقاسة.

اعمل من الكميات المعروفة

• معلوم: خط سكوني 500 nm يُ رصد عند 501 nm. z = (501 − 500) / 500 = 0.002.
• مع c = 3.0 × 10⁸ m/s، فإن v ≈ 6.0 × 10⁵ m/s مبتعداً.
• صيغة مقام مصدر الصوت ليست التقريب المطلوب لـ SL للضوء.

دورك: خط سكوني 600 nm يُ رصد عند 601.2 nm. أوجد z = (المقاس − السكوني) / السكوني.

تحقق من الاستنتاج وحدوده

• علاقة الإزاحة التقريبية لا تُظهر أن الضوء يسافر أسرع من مصدر يقترب.
• خط واحد غير محدد لا يمكنه تأكيد الانزياح الأحمر بأمان.

غير صحيح: الانزياح الأحمر المرصود يعني زيادة سرعة الضوء. سرعة الضوء في الفراغ ثابتة لجميع المراقبين. الانزياح الأحمر هو تغير في الطول الموجي المرصود بسبب الحركة النسبية (أو تمدد الفضاء)، وليس لأن الضوء يسافر أسرع أو أبطأ.

المفتاح:

• الحركة النسبية للمصدر والمراقب تُغيّر التردد أو الطول الموجي المرصود.
• قارن خطاً محدداً بطول موجته السكوني المخبري.
• انتبه إلى: علاقة الإزاحة التقريبية لا تُظهر أن الضوء يسافر أسرع من مصدر يقترب.

اكتب من انزياح أحمر مقداره 0.005

• خط راحة طوله 500 نانومتر يُ رصد عند طول موجي 502.5 نانومتر.
• أوجد z. الانزياح الأحمر لا يعني زيادة سرعة الضوء.

اكتب بناءً على انزياح أزرق قدره 0.001

• خط سكون طوله 600 نانومتر يُ رصد عند 599.4 نانومتر.
• z = (599.4 − 600) ÷ 600 = −0.001، لذا v ≈ 0.001c = 3.0 × 10⁵ م ث⁻¹ نحو المراقب — تحمل الإشارة الاتجاه.

اكتب من فحص وحدات لـ z

• ورقة عمل تستشهد بـ z = 0.002 "نانومتر".
• z = Δλ ÷ λ هي نسبة بلا وحدات: استشهد بـ v ككسر من c أولاً (0.002c)، ثم حول إلى متر في الثانية فقط في النهاية.