多普勒效應：接近聽眾的聲源
1·預測
聲源向靜止的聽者移動，同時發出穩定的音調。聽者聽到的音調是否高於、低於或與聲源真實頻率相同？
- 聽眾聽到的音調高於聲源的真實頻率。
- 聽者聽到完全相同的音調。
- 聽者聽到較低的音調。
2·設定
- 開啟 doppler-approach 預設並按下 Reset。源在 20°C 空氣中發射 440 Hz；聽者是靜止的。
- 啟用觀測者位置的觀測頻率讀數。
- 設定每次試驗的源接近速度並記錄觀察到的頻率。
3·收集數據
| 源頻率 f (Hz) | 源速度 v_s (m/s) | 觀測頻率 f′ (Hz) |
|---|---|---|
| 440.00 | 20.00 | |
| 440.00 | 35.00 | |
| 440.00 | 50.00 |
針對三次試驗，繪製觀測頻率f′（y軸）相對聲源速度v_s（x軸）的關係圖。
4·分析
- 對於一項試驗，對於 20°C 空氣，使用 c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s 計算 f′ = f·c/(c − v_s)。與表比較。
- 解釋為什麼 f′ 隨著 v_s 的增長而不斷增加，以及如果 v_s 達到聲速 c，公式（和聲音）會發生什麼。
5·擴展
- 救護車的警笛聲在接近時聽起來音調更高，而在經過並遠離時音調會突然降低。請利用都卜勒公式的正負號約定來解釋這種音調下降。
- 這個實驗只涵蓋了一個接近的源。如果來源移走，您會期望分母中的 (c − v_s) 變成 (c + v_s) 嗎？解釋一下這對 f′ 有何影響。
這個實驗背後的物理原理
多普勒效應（移動源）
向靜止聽眾移動的聲源會壓縮其前方的波前，從而提高聽眾聽到的頻率：f′ = f·c/(c − v_s)。