波動と音
ドップラー — 接近する音源
再生を押す — 音源の v_s を観測者に向けて上げると、f′ は 440 Hz を超えて上昇します。
ドップラー — 接近する音源 — インタラクティブな波動と音シミュレーション。再生を押す — 音源の v_s を観測者に向けて上げると、f′ は 440 Hz を超えて上昇します。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
ドップラー効果
動く音源は前方の波面を圧縮し、観測振動数を高めます。
音源が静止した観測者に近づくと、連続する波峰はより近い位置から出され、放射振動数より高い頻度で到達します。
- f′ = f · c/(c − v_s)
- 接近時 → f′ が高くなる
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
音源が一定の音を出しながら静止した聞き手へ近づく。聞き手が聞く音程は、音源本来の振動数より高いか、低いか、それとも同じか？
検討する予測
- 聞き手は音源本来の振動数より高い音程を聞く。
- 聞き手はまったく同じ音程を聞く。
- 聞き手は低い音程を聞く。
可変的な役割
設定するもの：
- 音源振動数 f (Hz)
- 音源速度 v_s (m/s)
測定するもの：
- 観測振動数 f′ (Hz)
実験の進め方
- doppler-approach プリセットを開き、「リセット」を押す。音源は 20°C の空気中で 440 Hz を出し、聞き手は静止している。
- 観測者での観測振動数表示を有効にする。
- 各試行の音源の接近速度を設定し、観測振動数を記録する。
支配方程式
ドップラー効果（動く音源） — f′ = f·(c + v_o)/(c − v_s)
静止した聞き手へ向かう音源は、前方の波面を圧縮し、聞き手が聞く振動数を上げる：f′ = f·c/(c − v_s)。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 20°C の空気に対する c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s を用いて、1回の試行の f′ = f·c/(c − v_s) を計算する。表と比較する。
- v_s が増えると f′ が増え続ける理由と、v_s が音速 c に達した場合、式（および音）に何が起きるかを説明する。
実験以外での活用
- 救急車のサイレンは、近づくと高く聞こえ、通り過ぎて遠ざかると突然音程が下がる。ドップラー式の符号規約を使って、この低下を説明する。
- この実験は近づく音源だけを扱う。音源が遠ざかる場合、分母の (c − v_s) は (c + v_s) になると予想するか？それによって f′ はどうなるかを説明する。
- 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
- ドップラー効果（接近）へようこそ
- 観測者を選択
- 再生
- 音程が上がる
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。