Хвилі та звук
Доплер — джерело наближається
Натисніть «Запустити» — підніміть швидкість джерела v_s до спостерігача; f′ піднімається вище 440 Hz.
Доплер — джерело наближається — інтерактивне моделювання: Хвилі та звук. Натисніть «Запустити» — підніміть швидкість джерела v_s до спостерігача; f′ піднімається вище 440 Hz. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.
Ефект Доплера
Рухоме джерело стискає хвильові фронти попереду себе, підвищуючи спостережувану частоту.
Коли джерело наближається до нерухомого спостерігача, кожен наступний гребінь випромінюється з ближчої позиції, прибуваючи частіше, ніж випромінена частота.
- f′ = f · c/(c − v_s)
- Наближення → вища f′
Короткий опис дослідження
Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію
Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.
Рушійне запитання
Джерело звуку рухається до нерухомого слухача, випромінюючи сталий тон. Чує слухач вищу, нижчу чи ту саму висоту, що й справжня частота джерела?
Прогнози для зважування
- Слухач чує вищу висоту, ніж справжня частота джерела.
- Слухач чує точно ту саму висоту.
- Слухач чує нижчу висоту.
Ролі змінних
Що ви задаєте:
- Частота джерела f (Hz)
- Швидкість джерела v_s (m/s)
Що ви вимірюєте:
- Спостережувана частота f′ (Hz)
Як проходить дослідження
- Відкрийте пресет доплерівського наближення та натисніть «Скинути». Джерело випромінює 440 Hz у повітрі 20°C; слухач нерухомий.
- Увімкніть показ спостережуваної частоти в спостерігача.
- Задайте швидкість наближення джерела для кожного заміру та запишіть спостережувану частоту.
Керівне рівняння
Ефект Доплера (рухоме джерело) — f′ = f·(c + v_o)/(c − v_s)
Джерело, що рухається до нерухомого слухача, стискає хвильові фронти попереду себе, підвищуючи частоту, яку чує слухач: f′ = f·c/(c − v_s).
Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити
- Для одного заміру обчисліть f′ = f·c/(c − v_s), використовуючи c = 331.3·√(1 + 20/273.15) м/с для повітря 20°C. Порівняйте з таблицею.
- Поясніть, чому f′ далі зростає зі зростанням v_s, і що сталося б із формулою (і зі звуком), якби v_s колись досягла швидкості звуку c.
Де це трапляється за межами лабораторії
- Сирена машини швидкої допомоги звучить вищою при наближенні й різко падає за висотою, щойно вона минає та віддаляється. Використайте знакову конвенцію формули Доплера, щоб пояснити цей спад.
- Цей експеримент охоплює лише джерело, що наближається. Якби джерело рухалося геть, ви очікували б, що (c − v_s) стане (c + v_s) у знаменнику? Поясніть, що це робить із 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
- Вітаємо в доплерівському наближенні
- Виберіть спостерігача
- Натисніть «Запустити»
- Висота зростає
- Відкрийте панель властивостей
- У вас вийшло!
Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.
Відкрити інтерактивну лабораторію →
Завантажити лабораторний аркуш →