中1物理【*ドップラー効果】

このページは中学校で学習する内容よりも発展的な内容「ドップラー効果」についての解説をしています。

 

音の基本的な性質については→【音の性質】←を参考に。

 

音の速さに関する基本的な計算は→【音の速さの計算】←を参考に。

 

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1.ドップラー効果

 

↓の図のようにスピーカーのついた車(救急車のように音が出る車)と、観測者が離れて立っています。

 

 

 

いま車はまったく動いていません。

 

この車が観測者に向かって2秒間、スピーカーから音を鳴らし続けたとしましょう。

 

 

 

鳴らし始めてから0.3秒後くらいでは・・・

↓のように音の波が少し出てきています。

 

 

 

 

1.2秒後くらいでは・・・

 

↓のように音の波が先ほどよりも多く出ています。

 

 

 

 

2秒後では・・・

 

↓のようにさらに音の波が多く出ています。これで音は鳴り終わりです。

 

 

 

 

この音の波が観測者に向かって進みます。(↓の図)

 

 

 

 

この音が観測者に少しでも届くと(↓の状態)、観測者にはその音が聞こえはじめます。

 

 

 

 

音が通過する最中(↓の状態)、観測者はずーっと聞こえています。

 

 

 

 

↓のように、音が通過し終わって、観測者は音を聞き終わります。

 

 

 

これが音を聞くということです。
スピーカーから発せられた音の波が、観測者を通過し始めて、そして通過し終わるまで、観測者にはその音が聞こえているわけです。

 

 

 

ではここで車が動きながら音を出していたら、ということを考えます。

 

 

 

車が観測者に近づいているとき

車が観測者に向かって近づいているときを考えてみましょう。

 

車が観測者に近づきながら、2秒間音を鳴らしていたとしましょう。

 

 

 

 

車が止まっていれば、↓のような音の波がスピーカーから発せられます。

 

 

 

 

しかし車が近づいていると、↓のような波がスピーカーから発せられます。

 

先ほどと比べると、両横から押し縮められたような波です。

 

 

 

 

この波が観測者に向かいます。

 

 

 

↓は観測者がこの音を聞き始めたときです。

 

 

 

 

そして↓のようになったとき、観測者は音を聞き終わります。

 

 

 

この音は図の通り、

・波の数は先ほどと同じ

・聞く時間は短い

ので

観測者にとっては高い音に聞こえます。

 

 

 

車が観測者から遠ざかっているとき

車が観測者に向かって遠ざかっているときを考えてみましょう。

 

車が観測者に遠ざかりながら、2秒間音を鳴らしていたとしましょう。

 

 

 

 

車が止まっていれば、↓のような音の波がスピーカーから発せられます。

 

 

 

 

しかし車が遠ざかると、↓のような波がスピーカーから発せられます。

 

先ほどと比べると、両横から引っ張られたような波です。

 

 

 

 

この波が観測者に向かいます。

 

この音は図の通り、

・波の数は先ほどと同じ

・聞く時間は長い

ので

観測者にとっては低い音に聞こえます。

 

 

 

このように音源が動いていると、音を聞く時間が変化します。

 

そのため、音の振動数が変化してしまいます。

 

動いていない時に比べて、音の高さがちがって聞こえるのです。

 

このような現象をドップラー効果といいます。

 

 

 

■ドップラー効果

音源が近づいていると、高い音に聞こえる。

音源が遠ざかっていると、低い音に聞こえる。

 

 

 

救急車が近づくほどサイレンがだんだんと高く聞こえたり、遠ざかるほど低く聞こえるのもドップラー効果によるものです。

 

 

 

電車に乗っているとき、踏切に近づくとカンカンという音ががだんだんと高く聞こえたり、遠ざかると低く聞こえたり、というのもドップラー効果です。

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小中高生に数・理を教えている関西の丑年塾講師。
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