Efekt Dopplera: źródło zbliża się do słuchacza
1 · Prognoza
Źródło dźwięku zbliża się do nieruchomego słuchacza, emitując stały ton. Czy słuchacz słyszy wyższy, niższy czy ten sam ton niż prawdziwa częstotliwość źródła?
- Słuchacz słyszy wyższy ton niż prawdziwa częstotliwość źródła.
- Słuchacz słyszy dokładnie ten sam ton.
- Słuchacz słyszy niższy ton.
2 · Przygotowanie
- Otwórz preset Dopplera i naciśnij Reset. Źródło emituje 440 Hz w powietrzu 20°C; słuchacz jest nieruchomy.
- Włącz odczyt obserwowanej częstotliwości u obserwatora.
- Ustaw prędkość zbliżania źródła dla każdej próby i zapisz częstotliwość obserwowaną.
3 · Zbieranie danych
| Częstotliwość źródła f (Hz) | Prędkość źródła v_s (m/s) | Częstotliwość obserwowana f′ (Hz) |
|---|---|---|
| 440.00 | 20.00 | |
| 440.00 | 35.00 | |
| 440.00 | 50.00 |
Narysuj częstotliwość obserwowaną f′ (oś y) względem prędkości źródła v_s (oś x) dla trzech prób.
4 · Analiza
- Dla jednej próby oblicz f′ = f·c/(c − v_s), używając c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s dla powietrza w 20 °C. Porównaj z tabelą.
- Wyjaśnij, dlaczego f′ wciąż rośnie ze wzrostem v_s, i co stałoby się ze wzorem (i z dźwiękiem), gdyby v_s kiedykolwiek osiągnęło prędkość dźwięku c.
5 · Rozszerzenie
- Syrena karetki brzmi wyżej w zbliżaniu i nagle opada wysokością, gdy mija i się oddala. Użyj konwencji znaków wzoru Dopplera, by wyjaśnić ten spadek.
- Ten eksperyment obejmuje tylko zbliżające się źródło. Gdyby źródło się oddalało, czy oczekujesz, że (c − v_s) zamieni się w (c + v_s) w mianowniku? Wyjaśnij, co to robi z f′.
Fizyka tego eksperymentu
Efekt Dopplera (ruchome źródło)
Źródło poruszające się ku nieruchomemu słuchaczowi upycha fale przed sobą, podnosząc słyszaną częstotliwość: f′ = f·c/(c − v_s).