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。
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。🌸