Stellen Sie sich vor, Sie sind Krankenwagenfahrer und müssen mit hoher Geschwindigkeit durch die Straßen einer mit Autos gefüllten Großstadt fahren. Stellen Sie sich jetzt vor, Sie gehören zur Menge auf dem Bürgersteig. Sie stehen an der Kreuzung und warten auf den Moment, in dem Sie die Straße überqueren können. Aber zuerst müssen Sie den Rennwagen überspringen.
Das Dröhnen ihrer Sirene ist von weitem zu hören. Aber das Seltsame ist, je näher ein Auto mit einem roten Kreuz fährt, desto höher wird der Klang einer Sirene. Wenn sich das Auto wegbewegt, wird dasselbe wiederholt, aber umgekehrt. Wenn sich das Auto entfernt, wird das Geräusch der Sirene immer leiser, bis es vollständig verschwindet. Gleichzeitig bemerkt der Krankenwagenfahrer keine Veränderungen. Für ihn ändert sich die Klangqualität nicht.
Ein externer Beobachter hört jedoch, wie die Tonhöhe ansteigt und wie dann die Tonalität mit der Entfernung abnimmt. Schallwellen breiten sich in der Luft genauso aus wie Meereswellen auf der Wasseroberfläche.
Also was passiert wirklich? Wer hört richtig? Ein Fahrer oder ein Fußgänger? Ändert sich der Ton der Sirene? Beides ist richtig. Genauer gesagt, niemand irrt sich: Sowohl der Fahrer als auch der Fußgänger hören genau das, was sie hören sollen. Der Unterschied in der Wahrnehmung ist auf den Doppler-Effekt zurückzuführen. Was wir als Schall hören, sind Wellen, die sich durch die Luft ausbreiten.
Die Sirene lässt Luftmoleküle vibrieren. Schallwellen breiten sich in der Luft genauso aus wie Meereswellen auf der Wasseroberfläche.Eine Welle ist eine Verdünnungsregion, die dann zu einer Kompressionsregion wird. Der Vorgang wird in einer Sekunde viele Male wiederholt und breitet sich aus. Dies ist die Schallwelle. Je näher die gleichen Abschnitte der Wellen beieinander liegen, desto höher ist der Schall, dh desto höher ist seine Frequenz.
In unserem Fall nähern sich die Schallwellen für den Fußgänger einander an, wenn sich die „schnelle“ Welle nähert, da sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Autos und der Schall summieren. Je kleiner der Abstand zwischen den Schallwellen ist, desto höher ist die Frequenz und desto höher ist der Schallton. Mit dem Entfernen der Maschine wird der Abstand zwischen den Wellen mit zunehmender Entfernung immer größer, dh die Frequenz nimmt allmählich ab und der Schall wird geringer. Die Personen im Auto und die Schallquelle sind relativ zueinander bewegungslos. Daher treten keine Änderungen in der Tonalität auf. Um Änderungen in der Tonalität zu hören, müssen sich der Hörer und die Schallquelle relativ zueinander bewegen.
Doppler-Effekt nicht nur bei Schallwellen
Nehmen Sie als Beispiel Lichtwellen. Wenn eine gelbe Lampe anstelle einer Sirene in einem Krankenwagen installiert würde, würde sich das Spektrum der Lampe bei Annäherung an den Beobachter zur blauen Seite und beim Entfernen zur roten Seite verschieben. Mit den üblichen Phänomenen, die uns umgeben, sind die Verschiebungsraten relativ niedrig, so dass wir keine Änderungen im Lichtspektrum bemerken. Aber wenn sich die Geschwindigkeit des Krankenwagens der Lichtgeschwindigkeit näherte oder mit dieser vergleichbar wäre, würden wir die gewünschten Änderungen bemerken.
Die Frequenz ist die Anzahl der Wellenberge, die in einer Sekunde einen bestimmten Punkt durchlaufen haben. Je höher die Frequenz, desto höher der Ton oder desto blauer das Licht.In diesem Fall würde der Fahrer ein gelbes Licht sehen, das ständig auf die Straße fällt. Aber eine sich bewegende Maschine würde die Wellen vor sich komprimieren und Beobachter, die sich bei Annäherung an eine Lichtquelle nicht bewegten, würden eine Verschiebung des Lichtspektrums in Richtung der hochfrequenten blauen Seite sehen. Wenn sich das Fahrzeug entfernt, bemerkt der Betrachter, dass die Farbe der Taschenlampe von blau nach gelb zurückkehrt. Allmählich verwandelte sich diese Farbe in Rot und verschwand am Horizont.
