中1物理【*ドップラー効果】

このページは「ドップラー効果」についての解説をしています。

中学校の教科書内容を超えた内容です。

＊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。

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。

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。