周波数の変化は発信源と観測者が音波の伝搬媒体に対して運動している速度に依存します。
注) 図3-2は水平面を表していますが、鉛直面(観測者の上方を音源が進む)としても以下の議論は同じように成り立ちます。
。
波の基本式 を変形した式 を考えると、 波長が短くなるほど振動数が大きくなるのがわかるため、音源が観測者に近く場合、実際の音より高く聞こえるようになります。
Hutter しかし、伝搬物質無しでも、電磁波にドップラー効果が働くことが、わかっています。
名前ぐらいは聞いたことがある人も多いのではないでしょうか? ドップラー効果は日常で実感することも多い現象であるとともに、受験でも扱われる機会の多い単元です。
ドップラー公式の実際の応用例 以下に、音波が空中を伝搬する二つの事例を示します。
音波は V で進んでいて音源は v s で進んでいるので相対速度は V - v s。
そこで、ここでは、音源、観測者と壁の「速さ」を用いて考察します。
観測者の位置から音源の軌跡(円)に接線を引けば、接点が2つあり、そのうちのひとつが点Cで、音源がここにあるとき、最大の振動数が観測されます。
つまり、もし音源が観測者に遠ざかる方向に進んだ場合はtを-tに置き換え、観測者が音源に近づく方に進んだ場合はuを-uのように置き換える必要があります。
結果的に観測者が静止している時よりも 多くの個数の波を聞き、観測者が聞く音の数 振動数 は大きくなって、観測者は高い音を聞くことになります。
これを図3-9に示しました。
最初に、右向きを「速度」の正の向きとしてみます。
補助として<対策2>を使うのがベストです。
逆に音源が(観測者から)離れていくときには、低い音に聞こえます。
とします。
クラクションの周波数は 1000 ヘルツです。
以上から、右向きを「速度」の正の向きとする考えは、音源と観測者の配置により、ドップラー効果の振動数の式が変わってしまうため、良い定義ではないとわかります。
このように観測者と音源が互いに近づいたり遠ざかったりするときに音の高さが変わることを ドップラー効果 19世紀のオーストリアの物理学者クリスチャン・ドップラーが発見しました。
注)音を伝える空気自身が動いている場合には、事情が異なります。
<Point> 相対速度を使ったドップラー効果の公式の導き方• このことは、 v s で動く音源が前方に作る音波の波長というのは、 音源が止まっていて、音波のスピードが V - v s である場合の波長と同じ、 という意味でもあります。
u は正の値も負の値も取り、音源から観測者への向きを正とします。
これを、図1-4に示しました。