Ce vei înțelege
- Explici comprimarea fronturilor de undă.
- Calculezi frecvența pentru o sursă subsonică mobilă.
Înainte să începi: Citirea atentă a datelor și operații aritmetice de bază.
Efectul Doppler schimbă frecvența recepționată când sursa sonoră și observatorul se mișcă față de mediu. O sursă care se apropie comprimă distanța dintre fronturile de undă emise în fața ei.
Explicația pas cu pas
Sursa emite oscilații la frecvența f. Fiecare perturbație se propagă prin aer, dar următoarea este emisă dintr-o poziție nouă. În direcția deplasării, distanța dintre fronturi se micșorează; în spate crește. Pentru un observator fix față de aer și o sursă care se apropie pe direcția lui cu viteza u, frecvența este f′ = f × v/(v − u). La îndepărtare, numitorul devine v + u. Aici v este viteza sunetului față de aer.
Formulele presupun mișcare subsonică și o geometrie simplă de apropiere sau îndepărtare directă. Dacă sursa trece pe lângă observator, componenta radială a mișcării se schimbă continuu. Nu presupunem că motorul sau difuzorul își modifică ritmul intern: schimbarea recepționată poate apărea chiar la o frecvență emisă constantă.
Exemplu și verificare
Un difuzor emite 900 Hz și se apropie cu 34 m/s de un microfon fix. Folosim v = 340 m/s. Frecvența recepționată este 900 × 340/306 = 1.000 Hz. Dacă aceeași sursă se îndepărtează cu aceeași viteză, obținem 900 × 340/374 ≈ 818 Hz.
Observă că deplasările în hertzi nu sunt simetrice: creșterea este 100 Hz, iar scăderea aproximativ 82 Hz. Cauza este forma diferită a numitorului. Verificarea limită este simplă: dacă u = 0, ambele formule dau 900 Hz. Dacă viteza sursei este mică față de viteza sunetului, diferențele sunt mai mici și aproximațiile liniare pot deveni utile.
Confuzia de evitat
Un sunet mai acut nu este obligatoriu mai puternic. Frecvența descrie ritmul oscilațiilor, iar intensitatea descrie transportul energiei. Apropierea poate influența ambele, dar prin mecanisme diferite. Pentru lumină, formula relativistă nu este aceeași cu expresia acustică de mai sus.
Întrebări frecvente
Se schimbă viteza sunetului pentru că sursa se mișcă?
În același aer aflat în aceleași condiții, viteza undei față de mediu rămâne aproximativ aceeași. Se schimbă distanța dintre fronturile emise și frecvența întâlnită de receptor.
Ce se întâmplă dacă se mișcă numai observatorul?
El întâlnește fronturile mai des sau mai rar. Formula acustică se modifică și include viteza observatorului la numărător; nu înlocuim mecanic viteza sursei în aceeași expresie.
Pot afla viteza dintr-o singură frecvență auzită?
Ai nevoie și de frecvența emisă, de viteza sunetului și de geometrie. Dacă sursa își schimbă tonul sau direcția este necunoscută, interpretarea nu mai este unică.
Continuă studiul în biblioteca de lecții sau explorează alte curiozități științifice.
