Эффект Доплера: источник приближается к слушателю
1 · Прогноз
Источник звука движется к неподвижному слушателю, излучая постоянный тон. Слышит ли слушатель более высокий, более низкий или тот же тон, чем истинная частота источника?
- Слушатель слышит более высокий тон, чем истинная частота источника.
- Слушатель слышит точно тот же тон.
- Слушатель слышит более низкий тон.
2 · Подготовка
- 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.
3 · Сбор данных
| Частота источника f (Hz) | Скорость источника v_s (m/s) | Наблюдаемая частота f′ (Hz) |
|---|---|---|
| 440.00 | 20.00 | |
| 440.00 | 35.00 | |
| 440.00 | 50.00 |
Постройте наблюдаемую частоту f′ (ось y) против скорости источника v_s (ось x) для трёх проб.
4 · Анализ
- 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.
5 · Развитие
- 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′.
Физика этого эксперимента
Эффект Доплера (движущийся источник)
Источник, движущийся к неподвижному слушателю, поджимает впереди себя фронты волн, повышая слышимую частоту: f′ = f·c/(c − v_s).