Bølger og lyd
Doppler — tilnærmende kilde
Trykk Spill av — øk kildens v_s mot observatøren; f′ stiger over 440 Hz.
Doppler — tilnærmende kilde — interaktiv Bølger og lyd-simulering. Trykk Spill av — øk kildens v_s mot observatøren; f′ stiger over 440 Hz. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Dopplereffekten
En bevegelig kilde komprimerer bølgefronter foran seg og hever den observerte frekvensen.
Når kilden nærmer seg en stillestående observatør, sendes hver suksessive bølgetopp ut fra en nærmere posisjon og ankommer oftere enn emisjonsfrekvensen.
- f′ = f · c/(c − v_s)
- Tilnærming → høyere f′
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
En lydkilde beveger seg mot en stillestående lytter mens den sender ut en jevn tone. Hører lytteren en høyere, lavere eller samme tonehøyde som kildens sanne frekvens?
Prediksjoner å veie
- Lytteren hører en høyere tonehøyde enn kildens sanne frekvens.
- Lytteren hører nøyaktig samme tonehøyde.
- Lytteren hører en lavere tonehøyde.
Variabelroller
Hva du setter:
- Kildefrekvens f (Hz)
- Kildehastighet v_s (m/s)
Hva du måler:
- Observert frekvens f′ (Hz)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne doppler-tilnærming-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Kilden sender ut 440 Hz i 20 °C luft; lytteren er stillestående.
- Aktiver observert-frekvens-avlesningen ved observatøren.
- Sett kildens tilnærminghastighet for hvert forsøk og registrer den observerte frekvensen.
Styrende likning
Dopplereffekten (bevegelig kilde) — f′ = f·(c + v_o)/(c − v_s)
En kilde som beveger seg mot en stillestående lytter komprimerer bølgefrontene foran seg og hever frekvensen lytteren hører: f′ = f·c/(c − v_s).
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn f′ = f·c/(c − v_s) med c = 331,3·√(1 + 20/273,15) m/s for 20 °C luft. Sammenlign med tabellen.
- Forklar hvorfor f′ fortsetter å øke etter hvert som v_s vokser, og hva som ville skje med formelen (og lyden) hvis v_s noen gang nådde lydhastigheten c.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- En ambulanse sirene høres høyere tonet når den nærmer seg, og synker brått i tonehøyde idet den passerer og fjerner seg. Bruk Doppler-formelens fortegnskonvensjon til å forklare nedgangen.
- Dette eksperimentet dekker bare en tilnærmende kilde. Hvis kilden i stedet beveget seg bort, ville du forvente at (c − v_s) ble (c + v_s) i nevneren? Forklar hva det gjør med f′.
- 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
- Velkommen til Doppler-tilnærming
- Velg observatøren
- Trykk Spill av
- Stigende tone
- Åpne Egenskaper-panelet
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.