ปรากฏการณ์ดอปเลอร์

เมื่อแหล่งเสียงเคลื่อนเข้าหาคุณ มันไล่ตามคลื่นเสียงของตัวเองได้เล็กน้อย บีบคลื่นให้ชิดกันด้านหน้า — คุณจึงได้ยินเสียงสูงขึ้น เมื่อมันเคลื่อนออกห่าง คลื่นยืดออกด้านหลัง ระดับเสียงจึงตก นี่คือเหตุที่ไซเรนดังสูงขึ้นขณะเข้าใกล้ และต่ำลงเมื่อผ่านไปแล้ววิ่งห่าง

สูตร

f_obs = f · c / (c − v_s)

• f_obs — ความถี่ที่สังเกตได้ (Hz): ระดับเสียงที่คุณได้ยินจริง
• f — ความถี่แหล่งกำเนิด (Hz): ระดับเสียงที่แหล่งส่งเมื่อยืนนิ่ง
• c — อัตราเร็วเสียง (m/s): คลื่นเสียงเดินทางผ่านอากาศเร็วเพียงใด
• v_s — ความเร็วแหล่งเสียง (m/s): แหล่งเสียงเคลื่อนเข้าหาคุณเร็วเพียงใด

ตัวอย่างที่แก้ไข

ไซเรนรถพยาบาลส่งเสียง 320 เฮิรตซ์คงที่ขณะขับเข้าหาคุณที่ 20 เมตรต่อวินาที เสียงเดินทาง 340 เมตรต่อวินาที คุณได้ยินความถี่เท่าใด

• f = 320 Hz
• c = 340 m/s
• v_s = 20 m/s

1. f_obs = f · c / (c − v_s)
2. f_obs = 320 Hz · 340 / (340 − 20) = 320 Hz · 340 / 320

f_obs = 340 Hz

ทดสอบความเข้าใจของคุณ

พบเห็นได้ที่ไหน

ไซเรนที่แล่นผ่านมาคือกรณีตัวอย่างในตำรา: เสียงสูงขณะรถพยาบาลวิ่งเข้ามาใกล้ แล้วดิ่งลงอย่างฉับพลันเมื่อมันแล่นผ่านไปและวิ่งห่างออกไป นักดาราศาสตร์อ่านปรากฏการณ์เดียวกันนี้จากแสง — สเปกตรัมของดาราจักรไกลโพ้นที่เลื่อนไปทางสีแดงบอกว่าความยาวคลื่นของมันถูกยืดยาวออกไว้ข้างหลังขณะมันเคลื่อนห่างออกไป ซึ่งเป็นการยืดแบบเดียวกับที่ทำให้ระดับเสียงไซเรนต่ำลง

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

ความเข้าใจผิดที่ฝังลึกที่สุดคือคิดว่าตัวไซเรนเองเปลี่ยนระดับเสียง — มันส่งเสียง 320 เฮิรตซ์คงที่ต่อเนื่องไป สิ่งที่เปลี่ยนมีเพียงความถี่ที่มาถึงหูคุณเท่านั้น เพราะแหล่งกำเนิดที่เคลื่อนที่ไล่ตามทันหน้าคลื่นของตัวเองแล้วบีบมันเข้าหากัน จับตาเครื่องหมายในสูตรด้วย: f_obs = f · c / (c − v_s) มีความเร็วแหล่งกำเนิดอยู่ในตัวส่วน แหล่งกำเนิดที่เข้าหา (v_s = 20 m/s เข้าหาคุณ, เสียงเดินทางที่ 340 m/s) จึงยก 320 Hz ขึ้นเป็น 340 Hz — แหล่งกำเนิดที่เคลื่อนห่างออกไปสลับเครื่องหมายแล้วกดค่าให้ต่ำลง

เชื่อมโยงอย่างไร

เรื่องนี้ต่อยอดจากสมการคลื่นโดยตรง: คลื่นยังคงเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วที่ตัวกลางยอมให้ (340 m/s ในอากาศ ซึ่งอากาศเป็นผู้กำหนด ไม่ใช่ไซเรน) และการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดทั้งหมดทำได้เพียงอัดความยาวคลื่นที่มันส่งออกให้ชิดกันหรือยืดมันออก บีตที่อยู่ถัดไปคืออีกวิธีคลาสสิกหนึ่งที่ความถี่ซึ่งได้ยินต่างจากความถี่ที่ส่งออก — แหล่งกำเนิดสองแหล่งที่ส่งเสียงนิ่ง ๆ แทรกสอดกันอยู่ที่หูของคุณ

ลองการจำลองแบบโต้ตอบ

• ดอปเพลอร์ — แหล่งกำเนิดเข้าใกล้

แนวคิดที่เกี่ยวข้อง

• ความเข้มเสียงกับเดซิเบล
• บีต