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ドップラー効果

ドップラー効果

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

ドップラー効果
音源や観測者が移動することによって、観測される波の周波数が本来の値から変化する現象

解説

ドップラー効果は、1842年にオーストリアの物理学者クリスチャン・ドップラーによって提唱されました。この現象は、音源や観測者が相対的に移動することで、単位時間あたりに観測される波の数(周波数)が変化するために起こります。音源が観測者に近づく場合、音源が放出した波を追いかける形になるため、前方の波長が短くなり、周波数が高くなります。逆に遠ざかる場合は、波長が長くなり、周波数が低くなります。

移動の方向 波長の変化 周波数(音の高さ
近づく 短くなる 高くなる
遠ざかる 長くなる 低くなる

この原理は音波だけでなく、光などの電磁波でも同様に発生します。天文学においては、遠ざかる銀河からの光が波長の長い赤色側にずれる「赤方偏移」として知られ、宇宙が膨張していることを示す重要な証拠となっています。

コラム

日常生活では救急車のサイレン音の変化が有名ですが、科学技術の分野でも広く応用されています。例えば、気象レーダーでは雨粒に反射した電波の周波数変化から雨雲の移動速度を測定します。また、音速気温によって変化し「V = 331 + 0.6t」で計算されます。応用問題では、秒速10mで岸壁に近づく船が汽笛を鳴らし、その反射音を船上の人が聞くまでの時間を求めるような、相対速度を考慮した計算も頻出します。例えば、630mの地点から汽笛を鳴らした場合、反射音を聞くまでの時間は3.6秒、反射音を聞き続けられる時間は1.9秒といった複雑な計算が問われることがあります。

小学生のみなさんへ

みなさんは、救急車が目の前を通りすぎるときに、サイレンの音が「ピーポー」から「ペーポー」のように低く変わるのを聞いたことがありませんか?このように、音を出しているものが動くことで、音の高さが変わって聞こえる現象げんしょうを「ドップラー効果こうか」といいます。

音は空気のふるえ(波)として伝わります。音を出している車がこちらに向かってくると、そのふるえがギュッと押しつぶされて、耳に届く波の数が増えるため、高い音に聞こえます。反対に、車が遠ざかるときは、ふるえが引きのばされて、低い音に聞こえるのです。

ルラスタコラム

ドップラー効果は、宇宙のなぞを解くのにも役立っています。遠くにある星から届く光の色を調べると、その星が地球に近づいているのか、遠ざかっているのかがわかるのです。これによって、宇宙うちゅうがどんどん広がっていることが発見されました。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 音源が観測者に近づくとき、観測される音の高さ(周波数)はどのように変化しますか。
音源が観測者に近づくときは波長が短くなるため、周波数が高くなり、音は本来よりも高く聞こえるようになります。
【応用】 ドップラー効果によって音の高さが変化して聞こえるのはなぜですか。波の状態(波長)の変化に触れて説明してください。
音源が移動することで、前方の波の間隔(波長)が圧縮されたり、後方の波の間隔が引き延ばされたりして、1秒間に耳に届く波の数(周波数)が変化するためです。
【実践】 音源が静止しており、観測者が音源に向かって移動している場合、ドップラー効果は発生しますか。
発生します。音源が静止していても、観測者が音源に向かって進むことで、1秒間に耳に飛び込んでくる波の数が増えるため、音は高く聞こえます。

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