ドップラー効果が起きる原因は2つのみ!

 

こんばんは~オンラインスタディーのヒママルです!

 

今日は、ドップラー効果について取り扱いたいと思います。

 

 

ドップラー効果とは?

観測者の聞く振動数が変化してしまう現象の事です。

これは、覚えておいてくださいね♫

日常生活の中で体験する代表例は2つあります。

 

  • 救急車が観測者の前を通り過ぎるとき⇒(音源が動く)

救急車の「ピーポー、ピーポー♫」が

近づいてきたときは、「ピィポォ、ピィポォ♫」と高く聞こえる。

遠ざかるときは、「ぺーポー、ぺーポー♫」と低く聞こえる。

擬音語で伝わったかな?(笑)

 

  • 電車の乗客が踏切の警笛音を聞くとき⇒(観測者が動く)

「カン、カン」という踏切の警笛音は、

電車が近づくとき乗客は、「キン、キン♫」と高く聞こえる。

電車が遠ざかるとき乗客は、「コン、コン♫」と低く聞こえる。

 

ですよね?

 

ドップラー効果が起きる原因は2つのみ!

それは、ズバリ

  • 一つ目は観測者が観測する音の波長が変化によるもの

どんなときに起きるの?

音源が観測者に対して動くときです。

 

なぜ音源が動いたら、観測される波長が変化するの?

下がイメージ図です。音源が動かない場合と動いた場合を示しています。

音源から観測者まで340m離れているとします。音速は340m/sとします。(温度によって、若干変わりますが...)

すると、音源から出た音は1s後に観測者に届きます。

また、緑の縦線は波の山を示し、音源と観測者の間に5個の波(5Hz)があると仮定します。

それでは、音が出ると同時に音源が100m/sで観測者に近づくとどうなると思いますか?

音速は変化しませんよね?

なぜなら、100m/sで動く車から音を鳴らしたからといって、単純に速度の合成から440m/sにならないからです。

変化するのは、波長です。

音源が動かない場合の波長は、340m中に5個の波があるので、340/5=68m

音源が動いている場合の波長は、240m中に5個の波があるので、240/5=48m

つまり、イメージ図で分かるように波が圧縮(音源が近づく)されたり、引く伸ばされ(音源が遠ざかる)ということです。

 

なぜ波長が変化すると振動数が変化するの?

波長のみが変化し、音源自体の音速は変化しないからである!

下の音速の式は、基本なので必ず覚えてください!

(重要)c = f*λ(c:音速、f:振動数、λ:音の波長)・・・式➀

音源が動かない場合は、5Hzです。

音源が動く場合は、cは固定でλが68m→48mと小さくなるので、式➀に代入するとfは

340[m/s] / 48[m] = 7.08Hzと高くなります。

 

 

  • 二つ目は観測者が観測する音速が変化することによるもの

どんな時に起きるの?

観測者が音源に対して動くときです。

 

なぜ観測者が動いたら、観測される音速が変化するの?

下がイメージ図です。観測者が動かない場合と動いた場合を示しています。

観測者が音源に100m/sで近づくと、音源が100m/s + 340m/s = 440m/sの音速を出しているように感じるからです。

 
なぜ観測される音速が変化すると、観測される振動数が変化するの?
観測した音速のみが変化し、音源自体の波長は変化しないからである!
これも同様に、音速の式を使います。
(重要)c = f*λ(c:音速、f:音源が発生する振動数、λ:音の波長)・・・➀

観測者が動かない場合は、5Hzです。

観測者が動く場合は、λが固定でcが340m/s→440m/sとなるので、式➀に代入するとfは

440[m/s] / 68[m] = 6.5Hzと高くなります。

 

 

おわりに

みなさん、気づかれた人もいると思いますが、両パターンとも相対的には、同じ運動しています。

しかし、観測される振動数が両パターンで若干違いましたよね???

これが、物理の面白い所だと思えますよね♫

 

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この記事を読んで頂きありがとうございます。🌸