موج و صوت
دوپلر — منبع نزدیکشونده
Play را بفشارید — تندی منبع v_s را به سوی ناظر زیاد کنید؛ f′ از 440 Hz بالاتر میرود.
دوپلر — منبع نزدیکشونده — شبیهسازی تعاملی موج و صوت. Play را بفشارید — تندی منبع v_s را به سوی ناظر زیاد کنید؛ f′ از 440 Hz بالاتر میرود. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
اثر دوپلر
منبع متحرک جبهههای موج جلوی خود را میفشارد و بسامد مشاهدهشده را بالا میبرد.
وقتی منبع به ناظر ساکن نزدیک میشود، هر قلهٔ بعدی از موقعیتی نزدیکتر فرستاده میشود و بسامد رسیدنی از بسامد گسیلی بیشتر میشود.
- f′ = f · c/(c − v_s)
- نزدیکشدن → f′ بیشتر
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
منبع صوتی در حال نزدیکشدن به شنوندهٔ ساکن، تُن یکنواختی میدهد. شنونده زیریِ بلندتر، بمتر یا همان بسامد واقعی منبع را میشنود؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- شنونده زیریِ بلندتر از بسامد واقعی منبع میشنود.
- شنونده دقیقاً همان زیری را میشنود.
- شنونده زیری بمتر میشنود.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- بسامد چشمه f (Hz)
- تندی چشمه v_s (m/s)
آنچه اندازه میگیرید:
- بسامد مشاهدهشده f′ (Hz)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم دوپلر-نزدیکشونده را باز کنید و Reset بزنید. منبع 440 Hz در هوای 20°C میدهد؛ شنونده ساکن است.
- قرائت بسامد مشاهدهشده را نزد ناظر فعال کنید.
- تندی نزدیکشدن منبع را برای هر آزمایش تنظیم کنید و بسامد مشاهدهشده را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
اثر دوپلر (منبع متحرک) — f′ = f·(c + v_o)/(c − v_s)
چشمهای که به شنوندهٔ ساکن نزدیک میشود جبههموجهای جلوی خود را فشرده میکند و بسامدی که شنونده میشنود را بالا میبرد: f′ = f·c/(c − v_s).
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، مقدار f′ = f·c/(c − v_s) را با c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s برای هوای 20 درجهٔ سلسیوس حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا f′ با رشد v_s پیوسته زیاد میشود و اگر v_s هرگز به تندی صوت c برسد با فرمول (و صوت) چه میشود.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- آژیر آمبولانس هنگام نزدیکشدن زیرتر به نظر میرسد و درست هنگام گذر و دورشدن ناگهان میافتد. با قرارداد علامت فرمول دوپلر افت را توضیح دهید.
- این آزمایش فقط منبع نزدیکشونده را پوشش میدهد. اگر منبع در حال دورشدن بود، انتظار دارید (c − v_s) در مخرج به (c + v_s) بدل شود؟ توضیح دهید با f′ چه میکند.
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.5 Doppler effect
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Wave properties
- به دوپلر نزدیکشونده خوش آمدید
- انتخاب ناظر
- Play را بفشارید
- زیریِ روبهبالا
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.