ドップラー効果は、波の伝播で観察される最も魅力的な効果の 1 つです。これは、波の発生源または観測者が相対運動しているときに波の伝播で発生する明らかな歪みを扱います。
ドップラー効果によると、波の発生源と観測者との間にゼロでない相対運動がある場合、観測者が波を受信すると、波の周波数は明らかに変化します。
ドップラー効果の基本的なメカニズムは、観測者と音源の間の距離が変化すると、波のピッチまたは周波数が変化することを意味します。観測者と音源の距離が長くなると、ピッチまたは周波数が低下します。観測者と音源の距離が縮まると、ピッチまたは周波数が高くなります。
ドップラー効果の背後にある理由
物体が音を発すると、音は媒質全体に波の形で伝播します。これらの波は、発生源から遠ざかり続ける同心円のようなものです。音源が静止している場合、湖に石を落としたときの湖の波紋のように、音波が媒質を通って伝播することを想像できます。
音波の同心円は同じ速度で進み、各音波間の距離は波長と呼ばれます。光源が一定の場合、波長は一定のままです。これは、静止している観察者には、音が正確に元の周波数で聞こえることを意味します。
ドップラー効果は、ソースまたは観測者、あるいはその両方が互いに相対的に動いているときに観察されます。
ソースの動き
説明したように、固定音源は同心円の形で音波を放出し、連続する各音波間の波長は一定です。音源が移動すると、これらの音波の間の波長が変化します。
例えば観測者に向かって動いている音源は、静止していたときと同じように音波を生成します。しかし今では、新しい連続波の頂点は、観測者の位置により近い位置にあります。これは、観測者と音源の間の波の頂点が束ねられ、より高い周波数が聞こえることを意味します。
同様に、音源が遠ざかると、音波の連続する山は観測者の位置から遠くなります。これは、発生源と観測者の間の波の山が広がり、見かけの周波数が元の周波数よりも低くなることを意味します。
観察者の動き
静止した音源が音波を生成している場合、音波は音源から同心円の形で広がります。観測者がこのソースから一定の距離にあると仮定します。観察者が静止している限り、波長は連続する音波間で一定であるため、元の周波数のみが聞こえます。
観測者がソースに向かって移動すると、観測者とソースの間の距離が絶えず減少します。これは、予想よりも早い時間に次の音波が聞こえることを意味します。これは、短期間に複数の音波で発生します。したがって、観察者は音波を束ねた形で聞くことになります。これにより、観測者は家の元の周波数よりも高い周波数で音波を聞くようになります。
逆に、観測者が音源から遠ざかるとき、観測者と音源の間の距離は絶えず増加します。これは、観測者が、連続する各音波間の遅延が増加する音波を聞くことを意味します。これが生み出す効果は、音波が本来よりも広がって聞こえるということです。これにより、観測者は元の周波数よりも低い見かけの周波数で音波を聞くようになります。
ドップラー効果の公式
ドップラー効果は、主に音波と光波の 2 種類の波で観察されます。音波の場合、それは音が聞こえるピッチの変化を伴います。しかし、光波の場合は周波数が変化します。したがって、光の波長が変化します。これは、光の色も変化することを意味します。
考えられるすべての原因におけるドップラー効果の式は次のとおりです。
ソースがオブザーバーに向かって移動しているが、オブザーバーが静止している場合;
これらすべての数式で;
f は観測者に明らかな周波数です
fo はソースでの波の周波数です
v は波の伝播速度です
vo は観測者の速度です
v は媒質中の波の速度です
結論
物体が音を発すると、音は媒質全体に波の形で伝播します。これらの波は、発生源から遠ざかり続ける同心円のようなものです。音源が静止している場合、湖に石を落としたときの湖の波紋のように、音波が媒質を通って伝播することを想像できます。
音波の同心円は同じ速度で進み、各音波間の距離は波長と呼ばれます。光源が一定の場合、波長は一定のままです。これは、静止している観察者には、音が正確に元の周波数で聞こえることを意味します。
ドップラー効果は、波の発生源または観測者、あるいはその両方が互いに相対的に動いているときに観測できます。
