音波のドップラー効果

デーン・ワーツフェルド、ゲッティイメージズ

ドップラー効果は、 波動特性 (具体的には、周波数) は、ソースまたはリスナーの動きによって影響を受けます。右の写真は、ドップラー効果 (別名 ドップラーシフト ）。

踏切で待っていて電車の汽笛を聞いたことがある人なら、自分の位置に対して汽笛の音程が変化することに気付いたことがあるでしょう。同様に、サイレンの音の高さも道路上で近づいたり通り過ぎたりするたびに変化します。

ドップラー効果の計算

モーションがリスナー L とソース S の間の直線上にある状況を考えます。リスナーからソースへの方向を正の方向とします。速度 の_L と の_S は、波媒体 (この場合は静止していると見なされる空気) に対するリスナーとソースの速度です。音波の速さ、 の 、常に正と見なされます。

これらのモーションを適用し、すべての面倒な派生をスキップすると、リスナーが聞く周波数が得られます ( へ_L ) ソースの周波数に関して ( へ_S ):

へ_L = [( の + の_L )/( の + の_S )] へ_S

リスナーが静止している場合、 の_L = 0。
ソースが静止している場合、 の_S = 0。
これは、ソースもリスナーも動いていない場合、 へ_L = へ_S 、これはまさに人が期待するものです。

リスナーがソースに向かって移動している場合、 の_L > 0、ただしソースから離れている場合 の_L <0.

逆に、ソースがリスナーに向かって動いている場合、モーションは負の方向にあるため、 の_S <0, but if the source is moving away from the listener then の_S > 0。

ドップラー効果とその他の波

ドップラー効果は基本的に物理波の振る舞いの特性であるため、音波だけに適用されると信じる理由はありません。実際、どんな種類の波もドップラー効果を示すようです。

この同じ概念は、光の波だけでなく適用できます。これは、光の電磁スペクトルに沿って光をシフトします (両方 可視光線 およびそれ以降)、 光波のドップラーシフト これは、光源と観測者が互いに遠ざかっているか、近づいているかに応じて、赤方偏移または青方偏移と呼ばれます。 1927年、天文学者 エドウィン・ハッブル 遠方の銀河からの光がドップラーシフトの予測と一致する方法でシフトしたことを観察し、それを使用して、それらが地球から遠ざかる速度を予測することができました.一般に、遠方の銀河は近くの銀河よりも速く地球から遠ざかっていることが判明しました。この発見は、天文学者や物理学者を納得させるのに役立ちました ( アルバート・アインシュタイン ) 宇宙は永遠に静止したままではなく、実際に膨張していたこと、そして最終的にこれらの観測は、 ビッグバン理論 .