Волны и звук
Доплер — источник приближается
Нажмите Play — увеличьте v_s источника к наблюдателю; f′ поднимется выше 440 Hz.
Доплер — источник приближается — интерактивная симуляция (Волны и звук). Нажмите Play — увеличьте v_s источника к наблюдателю; f′ поднимется выше 440 Hz. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Эффект Доплера
Движущийся источник сжимает волновые фронты перед собой, повышая наблюдаемую частоту.
Когда источник приближается к неподвижному наблюдателю, каждый следующий гребень испускается с более близкой позиции и приходит чаще, чем частота испускания.
- f′ = f · c/(c − v_s)
- Приближение → выше f′
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Источник звука движется к неподвижному слушателю, излучая постоянный тон. Слышит ли слушатель более высокий, более низкий или тот же тон, чем истинная частота источника?
Прогнозы для взвешивания
- Слушатель слышит более высокий тон, чем истинная частота источника.
- Слушатель слышит точно тот же тон.
- Слушатель слышит более низкий тон.
Роли переменных
Что вы задали:
- Частота источника f (Hz)
- Скорость источника v_s (m/s)
Что вы измеряете:
- Наблюдаемая частота f′ (Hz)
Как идёт исследование
- Откройте пресет приближения Доплера и нажмите «Сброс». Источник излучает 440 Hz в воздухе 20°C; слушатель неподвижен.
- Включите показание наблюдаемой частоты у наблюдателя.
- Задайте скорость приближения источника для каждой пробы и запишите наблюдаемую частоту.
Определяющее уравнение
Эффект Доплера (движущийся источник) — f′ = f·(c + v_o)/(c − v_s)
Источник, движущийся к неподвижному слушателю, поджимает впереди себя фронты волн, повышая слышимую частоту: f′ = f·c/(c − v_s).
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите f′ = f·c/(c − v_s), используя c = 331.3·√(1 + 20/273.15) м/с для воздуха при 20 °C. Сравните с таблицей.
- Объясните, почему f′ продолжает расти с ростом v_s, и что стало бы с формулой (и со звуком), если бы v_s достиг скорости звука c.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Сирена машины скорой помощи звучит выше по тону при приближении и резко падает, когда машина проезжает и удаляется. По знаковой конвенции формулы Доплера объясните это падение.
- Этот эксперимент покрывает только приближающийся источник. Если бы источник удалялся, ожидали бы вы, что (c − v_s) в знаменателе станет (c + v_s)? Объясните, что это делает с 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
- Добро пожаловать к приближению Доплера
- Выберите наблюдателя
- Нажмите Play
- Повышающийся тон
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →