Doppler-Effekt: Eine Quelle nähert sich einem Zuhörer

1 · Vorhersagen

Eine Schallquelle bewegt sich auf einen stationären Zuhörer zu und gibt dabei einen gleichmäßigen Ton ab. Hört der Zuhörer eine höhere, niedrigere oder dieselbe Tonhöhe wie die wahre Frequenz der Quelle?

• Der Hörer hört eine höhere Tonhöhe als die wahre Frequenz der Quelle.
• Der Zuhörer hört genau die gleiche Tonhöhe.
• Der Zuhörer hört eine tiefere Tonhöhe.

2 · Aufbauen

1. Öffnen Sie die Preset „Doppler-Annäherung“ und drücken Sie Zurücksetzen. Die Quelle strahlt 440 Hz in Luft bei 20 °C aus; der Zuhörer steht still.
2. Aktivieren Sie die Anzeige der beobachteten Frequenz am Beobachter.
3. Stellen Sie die Annäherungsgeschwindigkeit der Quelle für jeden Versuch ein und zeichnen Sie die beobachtete Häufigkeit auf.

3 · Daten sammeln

Tragen Sie die beobachtete Frequenz f′ (y-Achse) gegen die Quellgeschwindigkeit v_s (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf.

4 · Auswerten

1. Berechnen Sie für einen Versuch f′ = f·c/(c − v_s) unter Verwendung von c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s für Luft bei 20 °C. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
2. Erklären Sie, warum f′ mit zunehmendem v_s weiter zunimmt und was mit der Formel (und dem Schall) passieren würde, wenn v_s jemals die Schallgeschwindigkeit c erreichen würde.

5 · Vertiefen

1. Die Sirene eines Krankenwagens ertönt höher, wenn sie sich nähert, und nimmt plötzlich ab, wenn sie vorbeifährt und sich entfernt. Verwenden Sie die Vorzeichenkonvention der Doppler-Formel, um den Abfall zu erklären.
2. Dieses Experiment deckt nur eine sich nähernde Quelle ab. Wenn sich die Quelle stattdessen entfernen würde, würden Sie dann erwarten, dass (c − v_s) im Nenner zu (c + v_s) wird? Erklären Sie, was das mit f′ macht.

Die Physik hinter diesem Experiment

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