Efekt Dopplera (dźwięk)

Dlaczego syrena zmienia ton?

Źródło porusza się względem powietrza i „dogania" własne fale. Z przodu czoła fal zagęszczają się (krótsza długość fali → wyższa częstotliwość), z tyłu rozrzedzają (dłuższa fala → niższa częstotliwość). Dlatego zbliżająca się karetka brzmi wyżej, a oddalająca niżej.

Efekt Dopplera dla dźwięku:

f — częstotliwość źródła, v_dźw = 340 m/s — prędkość dźwięku, v_z — prędkość źródła względem powietrza. Zbliżanie → mniejszy mianownik → $f' > f$; oddalanie → większy mianownik → $f' < f$.

Kiedy ton rośnie?

Gdy źródło i obserwator się zbliżają — odbierana częstotliwość jest wyższa od częstotliwości źródła. Największa różnica występuje tuż przed minięciem; zaraz po nim prędkość względna zmienia znak i ton gwałtownie opada.

Czym różni się od Dopplera dla światła?

Dźwięk potrzebuje ośrodka (powietrza), więc jego efekt zależy od ruchu względem ośrodka — inaczej zmienia się częstotliwość przy ruchu źródła, a inaczej przy ruchu obserwatora. Światło rozchodzi się w próżni i nie ma wyróżnionego ośrodka: liczy się tylko względna prędkość, a wzór jest relatywistyczny (efekt czerwieni/błękitu przesunięcia widma).

Po co Ci to na maturze:

Zadania z akustyki najczęściej pytają, czy odbierana częstotliwość rośnie, czy maleje, i każą podstawić do $f' = f\,v_{d\acute{z}w}/(v_{d\acute{z}w}\pm v_z)$. Chwyt: ustal kierunek ruchu względnego, dobierz znak w mianowniku, policz.

Zapamiętaj: zbliżanie → ton wyższy, oddalanie → ton niższy, brak ruchu względnego → f' = f. To istota efektu Dopplera.