Efekt Dopplera

Dźwięk to zagęszczenia i rozrzedzenia ośrodka. Wyobraź to sobie jako wibrację, która rozchodzi się w powietrzu w formie fal. Nie widzimy ich, ale możemy je usłyszeć. Słyszałaś to? Dźwięk zmienił się, kiedy ambulans przejechał.

Ton obniżył się po tym, kiedy nas minął. Oczywiście, dźwięk jest słabszy, kiedy ambulans jest dalej. Nie. Nie słabszy, niższy. To znaczy bardziej basowy i miał wyższy ton, kiedy ambulans nadjeżdżał.

Dziwne. Jej, jedzie następny. Tak, dobrze usłyszały. Odbieramy dźwięk inaczej, kiedy odległość między źródłem dźwięku a słuchaczem zmienia się. Oto ambulans.

Syrena wysyła fale dźwiękowe rozchodzące się we wszystkie strony. Fale dźwiękowe poruszają się w powietrzu z prędkością około 340 metrów na sekundę ale ambulans też się porusza. Z przodu ambulansu fale dźwiękowe są bliżej siebie. Każda kolejna fala jest trochę krótsza. Krótsza fala oznacza większą częstotliwość, a większa częstotliwość oznacza wyższy ton.

Kiedy ambulans mija słuchacza, fale dźwiękowe pozostające za ambulansem oddalają się od siebie. Fale są coraz dłuższe i częstotliwość zmniejsza się. Otrzymujemy niższy ton. Człowiekiem, który odkrył jak rozchodzą się fale z ruchomych źródeł był Christian Doppler. Doppler był austriackim matematykiem i fizykiem, który żył w XIX wieku.

Zjawisko to zostało nazwane efektem Dopplera, na jego cześć. Ale, jak to brzmi dla kierowcy wewnątrz ambulansu? Kierowca nie wie przecież, gdzie stoimy, a dźwięk zmienia się dokładnie tu, gdzie jesteśmy. Dokładnie. Zauważasz efekt Dopplera tylko wtedy, gdy źródło dźwięku porusza się względem ciebie.

Może się poruszać albo źródło dźwięku, albo ty sam. Jeśli odległość zwiększa się, ton obniża się, a jeśli odległość maleje, ton rośnie. Ale kierowca ambulansu porusza się z tą samą prędkością i w tym samym kierunku co syrena. Odległość między nimi nie zmienia się, więc kierowca nie doświadcza efektu Dopplera. To był grom dźwiękowy, młodszy brat efektu Dopplera.

Pochodzi z samolotu, który był szybszy niż dźwięk - samolotu ponaddźwiękowego. Kiedy samolot porusza się szybciej niż dźwięk, fale dźwiękowe, które powinny rozchodzić się przed nim są jednak za nim. Jeśli stoisz tutaj, a samolot jest tuż nad twoją głową, nie usłyszysz zupełnie niczego. Ale co stanie się teraz? Teraz słyszysz dźwięk kilku fal dźwiękowych w tym samym momencie.

To powoduje ogromny hałas - grom dźwiękowy. Tak jak za łodzią tworzy się na wodzie ślad torowy, tak też za samolotem ponaddźwiękowym tworzy się fala uderzeniowa. Składa się ona z ogromnego sprężenia, a potem z ogromnego rozprężenia powietrza. Grom dźwiękowy ciągnie się za samolotem i dociera do ziemi. Jeśli samolot leci na małej wysokości, grom dźwiękowy może być tak potężny, że zniszczy szyby w oknach, a nawet budynki.

Efekt, gdy kilka fal przechodzi przez to samo miejsce w tym samym czasie i wpływa na siebie nazywamy interferencją. Kiedy fale są zsynchronizowane, czyli kiedy grzbiet pokrywa się z grzbietem, a dolina z doliną, fale wzmacniają się nawzajem. Nazywamy to konstruktywną interferencją. Grom dźwiękowy jest konstruktywną interferencją fal uderzeniowych, które tworzą się, gdy coś porusza się z prędkością większą od prędkości dźwięku. Dźwięk jest związany z ruchem.

Jeśli źródło dźwięku porusza się względem ciebie, jego dźwięk będzie inny niż dźwięk źródła, które się nie porusza. Aha!