A Doppler-hatás

Amikor egy hangforrás feléd mozog, folyamatosan kissé utoléri a saját hanghullámait, elöl összeszorítva őket — így magasabb hangmagasságot hallasz. Amikor távolodik, a hullámok mögötte kinyúlnak, így a hangmagasság csökken. Ezért hangzik a sziréna magasabban közeledtében és mélyebben, amikor elhalad és eltávolodik.

A képlet

f_obs = f · c / (c − v_s)

  • f_obs — megfigyelt frekvencia (Hz): a hangmagasság, amit valójában hallasz
  • f — forrásfrekvencia (Hz): a hangmagasság, amelyet a forrás álló helyzetben bocsát ki
  • c — hangsebesség (m/s): milyen gyorsan terjednek a hanghullámok a levegőben
  • v_s — forrássebesség (m/s): milyen gyorsan mozog a forrás feléd

Megoldott példa

Egy mentősziréna egyenletes 320 hertzes hangot bocsát ki, miközben 20 méter másodpercenkénti sebességgel feléd hajt. A hang 340 méter másodpercenként terjed. Milyen frekvenciát hallasz?

  • f = 320 Hz
  • c = 340 m/s
  • v_s = 20 m/s
  1. f_obs = f · c / (c − v_s)
  2. f_obs = 320 Hz · 340 / (340 − 20) = 320 Hz · 340 / 320

f_obs = 340 Hz

Teszteld magad

Egy halkabb sziréna 160 hertzet bocsát ki, miközben ugyanazzal a 20 méter másodpercenkénti sebességgel közeledik, a hang továbbra is 340 méter másodpercenként terjed. Milyen frekvenciát hallasz?
  • Helyes válasz: 170 Hz
  • 150 Hz
  • 180 Hz

Helyes! f_obs = 160 Hz · 340 / (340 − 20) = 160 Hz · 340 / 320 = 170 Hz.

Ha ugyanaz a mentő inkább 20 méter másodpercenkénti sebességgel távolodna tőled, a hallott hangmagasság magasabb, mélyebb vagy ugyanaz lenne, mint a sziréna valódi 320 hertzje?
  • Magasabb, mint 320 Hz
  • Helyes válasz: Mélyebb, mint 320 Hz
  • Ugyanaz, 320 Hz

Helyes — a távolodó forrás kinyújtja a hanghullámokat, így a hangmagasság a 320 hertz alá esik.

Hol találkozol vele

Az elhaladó sziréna a tankönyvi eset: magas hangmagasság, miközben a mentőautó közeledik, majd hirtelen csökken, ahogy elhalad és távolodik. A csillagászok ugyanezt a hatást olvassák ki a fényből — egy távoli galaxis vörös felé eltolódott spektruma azt jelenti, hogy a hullámhosszai megnyúltak mögötte, ahogy távolodik, ugyanaz a nyújtás, amely csökkenti a sziréna hangmagasságát.

Gyakori hibák

A legmélyebb hiba azt hinni, hogy maga a sziréna változtatja meg a hangmagasságát — folyamatosan egyenletes 320 hertzet bocsát ki; csak a füledhez érkező frekvencia változik, mert a mozgó forrás beéri saját hullámfrontjait, és összenyomja őket. Figyelj a képlet előjeleire is: f_obs = f · c / (c − v_s) a forrás sebességét a nevezőben tartalmazza, így egy közeledő forrás (v_s = 20 m/s feléd, a hang 340 m/s-mal) 320 Hz-et 340 Hz-re emel — egy távolodó forrás megfordítja az előjelet és csökkenti.

Hogyan kapcsolódik

Ez közvetlenül a hullámegyenletre épül: a hullám továbbra is a közeg által megengedett sebességgel mozog (340 m/s levegőben, amit a levegő szab meg, nem a sziréna), és a forrás mozgása csak összesűríti vagy megnyújtja az általa kibocsátott hullámhosszakat. A lebegések, a következő lecke, a másik klasszikus módja annak, hogy egy hallott frekvencia eltérjen a kibocsátottaktól — két egyenletes forrás interferenciája a füledben.

Próbáld ki az interaktív szimulációt

Kapcsolódó fogalmak