Ефект Доплера: джерело наближається до слухача
1 · Прогноз
Джерело звуку рухається до нерухомого слухача, випромінюючи сталий тон. Чує слухач вищу, нижчу чи ту саму висоту, що й справжня частота джерела?
- Слухач чує вищу висоту, ніж справжня частота джерела.
- Слухач чує точно ту саму висоту.
- Слухач чує нижчу висоту.
2 · Установка
- 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.
3 · Збір даних
| Частота джерела f (Hz) | Швидкість джерела v_s (m/s) | Спостережувана частота f′ (Hz) |
|---|---|---|
| 440.00 | 20.00 | |
| 440.00 | 35.00 | |
| 440.00 | 50.00 |
Побудуйте графік спостережуваної частоти f′ (вісь y) проти швидкості джерела v_s (вісь x) для трьох замірів.
4 · Аналіз
- 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.
5 · Поглиблення
- 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′.
Фізика цього експерименту
Ефект Доплера (рухоме джерело)
Джерело, що рухається до нерухомого слухача, стискає хвильові фронти попереду себе, підвищуючи частоту, яку чує слухач: f′ = f·c/(c − v_s).