אני רוצה להדגים שתי תופעות אוניברסליות נוספות בגלים,
הראשונה שבהן היא תופעה שנקראת פעימות,
שמתקבלת כשמחברים שני גלים עם תדרים שהם קצת שונים זה מזה.
כדי להבין מה צפוי לקרות במצב כזה, נסתכל קודם על שני החצים שמסתובבים סביב המעגל.
אפשר להניח שהחצים מתארים את התנודות של שני הגלים הללו,
בנקודה מסויימת במרחב, נניח ליד האוזן שלנו אם מדובר בגלי קול.
מאחר שהתדירויות הן קצת שונות, הזמן שלוקח לשני החצים להקיף את המעגל הוא טיפה שונה.
אם נחכה זמן מחזור של הגל עם התדירות הגבוהה יותר, המתואר על ידי החץ הוורוד,
אז החץ הירוק טיפה יפגר אחריו ועדיין לא יספיק להשלים סיבוב שלם.
אם נחכה זמן מחזור נוסף של החץ הוורוד, אז הפיגור של החץ הירוק ילך ויגדל,
ככה עם כל זמן מחזור שיעבור הפרש הפאזות יילך ויגדל,
עד שבשלב מסויים יווצר מצב שבו החץ הירוק יהיה בדיוק
בכיוון הפוך מהחץ הוורוד ותיהיה לו פאזה הפוכה.
לאט לאט הוא ימשיך ויצבור עוד פיגור וכעבור פרק זמן נוסף הוא יחזור
להיות באותו הכיוון של החץ הוורוד וחוזר חלילה.
כלומר, תהיינה נקודות זמן שבהם הפאזה של שני הגלים זהה ונקבל התאבכות
בונה וביניהן תהיינה נקודות בזמן שבהן הפאזה בדיוק הפוכה ונקבל התאבכות הורסת.
התוצאה תיהיה של פעימות עולות ויורדות באמפליטודה של הגל שאנחנו נשמע.
אם נסתכל באופן מרחבי על זוג גלים הרמוניים כאלה,
נראה שיש אזורים שבהם הגל האדום והגל הכחול מסונכרנים
ונקבל התאבכות בונה, כפי שרואים בסכום שלהם שמוצג למטה.
ויש נקודות שבהן הגל האדום והגל הכחול בדיוק הפוכים ושם נקבל התאבכות הורסת,
כמו במרכז הציור למטה.
שוב, אנחנו רואים שמקבלים גל בתדירות קבועה ומסתבר שזו בדיוק
התדירות הממוצעת של שני הגלים, שהאמפילטודה שלו עולה ויורדת באופן מחזורי.
בואו נראה איך זה נשמע.
נשתמש שוב בזוג הקולנים שלנו,
ושוב אני הרכבתי על אחד מהם את המשקולת הקטנה
הזו כדי לשנות במקצת את התדירות שלו, נקיש על שני הקולנים ונקשיב.
אז זה הקולן הראשון [צליל], [צליל] וזה הקולן השני.
התדירויות שלהם הן יחסית קרובות שימו לב שהנחתי את המשקולת כאן יותר נמוך,
כך שהתדירות היא לא מאוד שונה, אבל היא שונה במקצת.
כעת אני אקיש על שני הקולנים בו זמנית.
[צלילים] אנחנו יכולים לשמוע בקלות
כיצד עוצמת הצליל אכן עולה ויורדת.
תנו לי להשמיע את זה שוב.
[צלילים] [צלילים]
[צלילים] אז זאת תופעת הפעימות.
אגב אם שני כנרים מנגנים את אותו הצליל ושומעים פעימות אז הם
יודעים שאחד הכינורות לא בדיוק מכוון כמו שצריך.
התופעה השנייה שאני רוצה להדגים,
זהו אפקט שנקרא על שם הפיזקאי והמתמטיקאי האוסטרי כריסטיאן דופלר,
שתיאר אותו לראשונה בשנת 1842.
אפקט דופלר נוצר כאשר מקור של גל או
הגלאי שקולט את הגל, או אפילו שניהם נמצאים בתנועה.
כדי לבחון באופן עקרוני מה קורה, נסתכל על גל הרמוני שמתפשט במרחב,
כאשר המקור נמצא אכן בתנועה במהירות קבועה.
אנחנו מציירים כאן את זה במבט מלמעלה,
כאשר המעגלים מציינים את השיאים של הגל ההרמוני.
כרגע המקור לא זז ולכן הגל מתפשט באופן
סימטרי בכל הכיוונים ונוצרים מעגלים בעלי מרכז משותף,
אבל אם המקור יתחיל לנוע מיד נשים לב שכל פעם שיוצא ממנו מעגל חדש,
הוא נמצא יותר ויותר ימינה ולכן כבר אין מרכז משותף לכל המעגלים.
בצד ימין המרחקים בין המעגלים הולכים ומצטופפים ובצד שמאל הם בעצם מתרחבים.
אם נעמוד מימין למקור כך שהוא ינוע לקראתינו,
השיאים של הגל יגיעו אלינו בקצב מהיר יותר, כך שהתדירות תראה לנו יותר גדולה.
אם נעמוד לעומת זאת משמאל למקור כך שהוא יתרחק מאיתנו, התדירות תראה לנו יותר קטנה.
אני רוצה להדגים את זה באמצעות רמקול פשוט שיש לי כאן.
אני אפעיל את הרמקול ומה שאנחנו נשמע זה פשוט צליל בתדירות קבועה.
[צליל] מה שאני עכשיו אעשה זה אני אסובב את הרמקול מעל לראש שלי,
ואני רוצה שתשימו לב שכאשר הרמקול מתרחק אתם שומעים צליל גבוה
יותר וכשהוא מתקרב אתם אמורים לשמוע צליל נמוך יותר.
אז אני מפעיל [צליל] ואני מסובב.
[צליל] אז לזה כאמור קוראים אפקט דופלר,
ואפשר לשמוע אותו כשמכונית מתקרבת או מתרחקת מאיתנו,
בזמן שמפעילים את הצופר של המכונית.
[צליל] [צליל]
ההדגמה האחרונה שלנו לפרק זה משלבת את שני האפקטים האחרונים שדיברתי עליהם.
יש לי כאן פעמון שאנחנו קוראים לו פעמון בורמזי,
ותשימו לב לצליל שלו.
[צליל] [צליל]
כעת אני אקיש עליו פעם נוספת.
[צליל] ואני אסובב אותו עם הידית הזאת.
[צליל] שימו לב שאנחנו שומעים פעימות.
[צליל] שוב אני אסובב.
אני אקיש שוב כדי שנשמע את זה שוב והשאלה שנשאלת היא מדוע אנחנו שומעים כאלה פעימות?
הנה תראו.
[צליל] [צליל] אז בואו נסביר.
כשאנחנו מסובבים את הפעמון, גם הצד הזה של הפעמון
מתנדנד ומשמיע קול וגם הצד השני של הפעמון מתנדנד ומשמיע קול,
אבל כל הזמן ישנו צד אחד שמתרחק מאיתנו ולכן בגלל אפקט דופלר,
הוא משמיע צליל בתדירות קצת יותר נמוכה וצד אחר שמתקרב אלינו
ולכן בגלל אותו אפקט דופלר, משמיע צליל בתדירות קצת יותר גבוהה.
ההתאבכות של שני הצלילים האלה מייצרת פעימות כפי שאנחנו יודעים,
כאשר במקרה הזה ההבדל בין התדירויות נובע פשוט מאפקט דופלר.
אפקט דופלר הוא גם אפקט מאוד שימושי, אפשר להשתמש בו לדוגמה
להדמייה של זרימת הדם בגוף על ידי גלי קול שמוחזרים ממנו.
אם נשלח גלי קול לעבר איבר פנימי בגוף, הם יוחזרו אלינו בין היתר מהדם שנמצא בתנועה.
תדירות הקול שיוחזר תיהיה תלויה בכיוון ובמהירות של תנועת הדם,
באופן כזה ניתן לקבל הדמיה של תנועת הדם בגוף.
המשטרה לעומת זאת, משתמשת באפקט דופלר כדי למדוד מהירות של מכוניות,
מכשיר הדופלר משדר גל אלקטרומגנטי לעבר מכוניות נעות ומוחזר מהן,
אם המכונית לדוגמה נעה לקראתינו אז ההחזר הוא כמו מקור שנע לעברינו,
לכן הוא יהיה בתדירות יותר גבוהה ממה שאנחנו שידרנו.
מההפרש בין התדירות ששידרנו לזו שקלטנו, נוכל לחשב בדיוק מה מהירות המכונית.
אפקט דופלר גם מאוד חשוב באסטרונומיה,
משום שהוא מאפשר לנו למדוד את תנועת הגלקסיות.
מסתבר שלכל אטום בטבלה המחזורית ישנו אוסף או ספקטרום מאוד מסויים
של תדרי אור אופיניים, שאותם הוא בולע או פולט שמהווה מעין טביעת אצבע אטומית.
כשאנחנו מסתכלים על האור שמגיע אלינו מגלקסיות רחוקות ובוחנים את ספקטרום הבליעה
הזה, אנחנו מגלים שהתדרים מוסטים מהערכים שאנחנו מודדים כאן על פני כדור הארץ.
מאחר שאנחנו בכל זאת מאמינים שמדובר באותם האטומים, שבולעים ופולטים
בדיוק את אותם התדרים כמו כאן, אנחנו מסיקים שההסטה בתדר
נובעת מאפקט דופלר, לפי מידת ההסטה בתדר אנחנו יכולים
לחשב את המהירות שבה הגלקסיה שממנה מגיע האור מתרחקת מאיתנו.
מאחר שההסטה של התדירויות היא תמיד לעבר תדרים יותר נמוכים,
אנחנו יכולים להסיק שהיקום מתפשט ומקורות האור כל הזמן
מתרחקים מאיתנו.
[אין_קול]