اثر دوپلر: منبعی به سوی شنونده
1 · پیشبینی
منبع صوتی در حال نزدیکشدن به شنوندهٔ ساکن، تُن یکنواختی میدهد. شنونده زیریِ بلندتر، بمتر یا همان بسامد واقعی منبع را میشنود؟
- شنونده زیریِ بلندتر از بسامد واقعی منبع میشنود.
- شنونده دقیقاً همان زیری را میشنود.
- شنونده زیری بمتر میشنود.
2 · آمادهسازی
- 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.
3 · گردآوری داده
| بسامد چشمه f (Hz) | تندی چشمه v_s (m/s) | بسامد مشاهدهشده f′ (Hz) |
|---|---|---|
| 440.00 | 20.00 | |
| 440.00 | 35.00 | |
| 440.00 | 50.00 |
برای سه آزمایش، بسامد مشاهدهشده f′ (محور y) را بر حسب تندی منبع v_s (محور x) رسم کنید.
4 · تحلیل
- 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.
5 · گسترش
- 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.
فیزیک پشت این آزمایش
اثر دوپلر (منبع متحرک)
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).