ドップラー効果の原理をシミュレーターで確かめよう！[物理入門]

2021-07-11　 ドップラー効果

本ページでは物理の「ドップラー効果の原理」をシミュレーターを用いて分かりやすく解説します！

音源と観測者の「振動数」は異なる！

今まで波の振動数(周波数)について、解説してきましたが、厳密にいうと振動数は「音源側」と「観測者側」の2つの意味合いがあります。

この2つは、音源者と観測者が動いていなければ同一です。しかし、音源や観測者が異なっている場合、この2つは異なってきます。「受信する振動数(周波数)」こそ、人間が感じる音であるため、聞こえ方が変わってくるという事なんです。これがドップラー効果の原理です！

この2つが違うことをシミュレーターを用いて確認してみましょう！

「ドップラー効果の原理」の動きをシミュレーターで確認しよう！

このシミュレーターでは、音源の位置と、観測者の位置をスライドバーで動かせます。「受信する振動数」がそれにより変化することを確かめましょう！

　
　
以下、このシミュレーターの結果を「音源が移動する場合」と「観測者が移動する場合」に分けて、説明していきます。

音源が移動する場合

「音波が進む速度」「音源の振動数」は一定

音源が移動したとしても、音源が出す波の振動数は変わりません。1秒ごとに1つの波を出します。また、波の粒が移動する速度(音速)も固定です。

「音源の移動速度」で波の密度が変わる　→　観測者が感知する振動数変化

音源が前に移動すると、波が密になります。音の先頭と送信者の相対速度が小さくなるため、周波数が短くなるのです。

逆に、音源が後に移動すると、波が疎になります。音の先頭と送信者の相対速度が大きくなるので、間延びし、周波数が長くなるのです。

↓音源が前に移動すると波が密になり、「観測者が感知する振動数」が増加します

　

観測者が移動する場合

「音波の速度・振動数・密度」は一定

観測者が移動しても、音の波自体は一切変わりません。

観測者が移動すると「1秒間に観測者が受ける音波量」が変わる　→　感知する周波数が変わる！

観測者が移動すると、1秒あたりに受ける波の周期数が変わります。音波にむかって移動すると、多くの波を受けて、振動数も増加します。逆に、音波から遠ざかると、少ない波しか受けず、振動数は減少します。

観測者が音波に向かって移動すると、1秒あたりに受ける波の量が多くなり、受信振動数が増える

　

まとめ：「観測者の振動数」は音源と観測者の移動速度で変わる！

上記説明のとおり、「受信する振動数」は音源・観測者の移動速度によって変わります。その変化は↓の通りになります。

また、「音源の移動」と「観測者の移動」は↓のように影響を分離できると言えます。

次回はこの関係性を定式化して表して行きます！
　

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5．ドップラー効果の原理(本記事)

6．ドップラー効果(音源の移動の影響)

7．ドップラー効果(観測者の移動の影響)

8．ドップラー効果(総合)