ドップラー効果シミュレーター

音源と観測者の相対運動が知覚される周波数をどう変えるかを見てみましょう。

インタラクティブシミュレーションを読み込んでいます...

波面の圧縮と周波数偏移 🖖

ドップラー効果は、波の発生源と観測者が相対運動するときに発生する周波数の変化を示します。音源が接近すると、連続する波面が圧縮されて波長が短くなり、観測される周波数が高くなります(f' = f * (v + v_o) / (v - v_s))。これにより、音波は高音に、電磁波は青方偏移し、遠ざかると逆になります。

なぜサイレンは通り過ぎる瞬間に下がるのか 🖖

よくある誤解: 一定の速度で近づく救急車の音は、だんだん高くなるのではなく、高いまま一定の音を保ち、あなたを通り過ぎた瞬間に低い一定の音へと切り替わります。音の高さが変わるのは、あなたに対する運動の向きが「近づく」から「遠ざかる」へ反転するからです。音源の速度を設定して再生すると、前方観測者の値は接近中は一定のまま、通過時に一段下がります。

音のドップラー効果は「誰が動いているか」を暴く 🖖

音では、音源が動く場合と観測者が動く場合は、接近速度が同じでも等価ではありません。静止した聴き手に 34.3 m/s で近づく音源は 440 Hz を f·343/308.7 ≈ 489 Hz に上げますが、静止した音源に同じ 34.3 m/s で近づく聴き手が聞くのは f·377.3/343 ≈ 484 Hz だけです。空気が特別な基準系となるため、音のドップラー効果は媒質に対して誰が動いているかをひそかに教えてくれます。媒質を持たない光のドップラー効果には決してできないことです。

例題

  • 救急車 - 救急車のサイレン(速度30 m/s)
  • 電車 - 電車の警笛と移動する観測者
  • 超音速 - 超音速:マッハ数 > 1、衝撃波円錐
  • 赤方偏移 - 宇宙論的赤方偏移のアナロジー