Doppler-hatás

Doppler-hatás

Ismert tapasztalat, hogy a közeledő hangforrás hangja magasabb, mint a távolodóé.

Fizika

Kapcsolódó extrák

Jelenetek

Doppler-hatás

  • kibocsátott hang hullámfrontjai
  • megfigyelő
  • közeledő jármű hangja
  • távolodó jármű hangja

Doppler-hatás

A mellettünk elszáguldó autó hangja közeledéskor más, mint távolodáskor.
A közeledő jármű hangja magasabb, a távolodóé mélyebb az álló jármű hangjához képest. Ezt a jelenséget úgy hívjuk, Doppler-hatás.

A jelenség magyarázata

  • f₀=200 Hz
  • fₑ=200 Hz
  • fₕ=200 Hz
  • λ₀=1,65 m
  • λₑ=1,65 m
  • λₕ=1,65 m
  • f₀=200 Hz - A jármű hangjának hozzávetőleges frekvenciája – a valóságban nem csak egyféle hangot ad ki.
  • fₑ=208 Hz - A közeledő jármű előtt magasabb frekvenciájú hangot hallunk.
  • fₕ=192 Hz - A távolodó jármű mögött alacsonyabb frekvenciájú hangot hallunk.
  • λₑ=1,58 m - A jármű előtt feltorlódnak a hullámfrontok, a hullámhossz csökken, a frekvencia nő, a terjedési sebesség nem változik.
  • λₕ=1,72 m - A jármű mögött megritkulnak a hullámfrontok, a hullámhossz megnő, a frekvencia csökken, a terjedési sebesség nem változik.
  • f₀=200 Hz - A jármű hangjának hozzávetőleges frekvenciája – a valóságban nem csak egyféle hangot ad ki.
  • fₑ=218 Hz - A közeledő jármű előtt magasabb frekvenciájú hangot hallunk.
  • fₕ=184 Hz - A távolodó jármű mögött alacsonyabb frekvenciájú hangot hallunk.
  • λₑ=1,51 m - A jármű előtt feltorlódnak a hullámfrontok, a hullámhossz csökken, a frekvencia nő, a terjedési sebesség nem változik.
  • λₕ=1,78 m - A jármű mögött megritkulnak a hullámfrontok, a hullámhossz megnő, a frekvencia csökken, a terjedési sebesség nem változik.
  • f₀=200 Hz - A jármű hangjának hozzávetőleges frekvenciája – a valóságban nem csak egyféle hangot ad ki.
  • fₑ=240 Hz - A közeledő jármű előtt magasabb frekvenciájú hangot hallunk.
  • fₕ=171 Hz - A távolodó jármű mögött alacsonyabb frekvenciájú hangot hallunk.
  • λₑ=1,37 m - A jármű előtt feltorlódnak a hullámfrontok, a hullámhossz csökken, a frekvencia nő, a terjedési sebesség nem változik.
  • λₕ=1,92 m - A jármű mögött megritkulnak a hullámfrontok, a hullámhossz megnő, a frekvencia csökken, a terjedési sebesség nem változik.

A jelenség magyarázata

A Doppler-hatás magyarázata az, hogy a hullámok terjedési sebessége független a kibocsátó test sebességétől.
Hiába mozog egy jármű, a belőle kiinduló hanghullámok nem terjednek gyorsabban, csakis a közegre jellemző állandó sebességgel. Ezért a mozgó hangforrás előtt feltorlódnak a hullámfrontok, a forrás mögött pedig megritkulnak.
A feltorlódó hullámfrontok miatt lecsökken a hullámok hullámhossza. Mivel a hullámhossz és a frekvencia szorzata egyenlő a terjedési sebességgel, és az állandó, ezért a hullám frekvenciája megnő, ezért magasabb hangot hallunk.
A hangforrás mögött mindez fordítva történik: megnő a hang hullámhossza, frekvenciája lecsökken, ezért mélyebb hangot hallunk. A jelenség akkor is tapasztalható, ha nem a hangforrás mozog, hanem a megfigyelő.

Hangrobbanás

  • Mach-kúp - Ha a hangforrás gyorsabban halad a hangnál, a hullámfrontok egy kúp felülete mentén találkoznak, ezért itt a hang amplitúdója nagyon nagy lesz, robbanásszerű dörejt hall a megfigyelő, ha áthalad rajta a Mach-kúp.
  • hiperbola - A Mach-kúp hiberbola alakú nyomot hagy a vízfelszínen.
  • hangrobbanás

Hangrobbanás

Ha a hangforrás olyan gyorsan mozog, hogy eléri a közegre jellemző hangsebességet, akkor kúpszerű burkolófelülettel rendelkező hullámfront-rendszer keletkezik. Ezt nevezzük Mach kúpnak. Ez együtt halad a járművel.

A kúp felületén felerősítik egymást a hanghullámok, ezért a megfigyelő robbanást hall, ha áthalad rajta ez a kúpfelület. A közhiedelemmel ellentétben nem a hangsebesség átlépésekor keletkezik, hanem folyamatosan zajlik a szuperszonikus repülés során, de nem mindenütt hallatszik.

A földfelszínen hiperbola alakú vonalban halad át a robbanás, és komoly károkat is okozhat: ablakok törhetnek be, instabil sziklák mozdulhatnak meg.
Leginkább szuperszonikus vadászrepülőgépek által keltett hangrobbanásokat lehet megfigyelni, de hangrobbanás történik az ostorcsattogtatás során is.

Asztrofizika

  • távolodó galaxis
  • vöröseltolódás - A Doppler-effektus a fény esetén a színkép-­vonalak eltolódását eredményezi. Távolodó objektum esetén a színképvonalak a vörös felé tolódnak el.
  • megfigyelő

Asztrofizika

Ahogyan a hanghullámok, úgy a fényhullámok esetében is fellép a Doppler-hatás, ha a hullámok forrása távolodik vagy közeledik a megfigyelőhöz.

A közeledő fényforrás fényét rövidebb hullámhosszúságúnak vagyis kékebbnek érzékeljük, míg a távolodóét vörösebbnek. A tapasztalat szerint a galaxisok fénye többnyire a vörös felé tolódik, vagyis távolodnak egymástól és tőlünk, méghozzá minél távolabb vannak, annál gyorsabb ütemben. Ez a vöröseltolódás jelensége. Erre a megfigyelésre alapozva született meg a napjainkban általánosan elfogadott táguló világegyetem elmélete.

Szívultrahang

  • szív
  • Doppler ultrahang-készülék - A visszaverődéskor megváltozik az ultrahang frekvenciája, így információt kaphatunk a belső szervek és a bennük áramló vér mozgásáról.
  • kibocsátott hullám
  • visszaverődő hullám

Szívultrahang

A Doppler-hatás egy másik jellemző felhasználási területe a szívultrahang- vizsgálat.
A hagyományos ultrahang-készülékkel a belső szervek felépítését lehet tanulmányozni.
A visszaverődő ultrahang hullámhosszát vizsgálva azonban információt kaphatunk a belső szervek és a bennük áramló vér mozgásáról is. Ez információt adhat a vizsgált szerv vagy egy daganat vérellátásáról, esetleg egy vérrög által elzárt ér állapotáról.
A szüléskor a magzat szívverését is egy Doppler-ultrahang készülék figyeli.

Traffipax

  • Sebességmérés visszaverődő radarhullám segítségével
  • traffipax készülék - A mozgó tárgyról visszaverődő hullám hullámhossza megváltozik a Doppler-hatás miatt, ezt a változást érzékeli a készülék.
  • kibocsátott hullám
  • visszaverődő hullám

Traffipax

A Doppler-hatás egyik jellemző felhasználási területe a közúti sebességfigyelés, a traffipax.
A készülék radarhullámot bocsát ki. A hullám visszaverődik a bemérendő járműről, de a visszaverődő hullám hullámhossza megváltozik a Doppler-hatásnak megfelelően.
Ennek a visszavert hullámnak a hullámhosszából kiszámítható a jármű sebessége.
A lézeres sebességmérők működése nem a Doppler-hatáson alapul, hanem a visszaverődési idő precíz mérésén. Ebből lehet kiszámolni a jármű távolságát különböző időpillanatokban, majd ebből a sebességét.

Animáció

  • 0 km/h
  • 50 km/h
  • 100 km/h
  • 200 km/h

Narráció

A mellettünk elszáguldó autó hangja közeledéskor más, mint távolodáskor.
A közeledő jármű hangja magasabb, a távolodóé mélyebb az álló jármű hangjához képest. Ezt a jelenséget úgy hívjuk, Doppler-hatás.

A Doppler-hatás magyarázata az, hogy a hullámok terjedési sebessége független a kibocsátó test sebességétől.
Hiába mozog egy jármű, a belőle kiinduló hanghullámok nem terjednek gyorsabban, csakis a közegre jellemző állandó sebességgel. Ezért a mozgó hangforrás előtt feltorlódnak a hullámfrontok, a forrás mögött pedig megritkulnak.
A feltorlódó hullámfrontok miatt lecsökken a hullámok hullámhossza. Mivel a hullámhossz és a frekvencia szorzata egyenlő a terjedési sebességgel, és az állandó, ezért a hullám frekvenciája megnő, ezért magasabb hangot hallunk.
A hangforrás mögött mindez fordítva történik: megnő a hang hullámhossza, frekvenciája lecsökken, ezért mélyebb hangot hallunk. A jelenség akkor is tapasztalható, ha nem a hangforrás mozog, hanem a megfigyelő.

Ha a hangforrás olyan gyorsan mozog, hogy eléri a közegre jellemző hangsebességet, akkor kúpszerű burkolófelülettel rendelkező hullámfront-rendszer keletkezik. Ezt nevezzük Mach kúpnak. Ez együtt halad a járművel.

A kúp felületén felerősítik egymást a hanghullámok, ezért a megfigyelő robbanást hall, ha áthalad rajta ez a kúpfelület. A közhiedelemmel ellentétben nem a hangsebesség átlépésekor keletkezik, hanem folyamatosan zajlik a szuperszonikus repülés során, de nem mindenütt hallatszik.

A földfelszínen hiperbola alakú vonalban halad át a robbanás, és komoly károkat is okozhat: ablakok törhetnek be, instabil sziklák mozdulhatnak meg.
Leginkább szuperszonikus vadászrepülőgépek által keltett hangrobbanásokat lehet megfigyelni, de hangrobbanás történik az ostorcsattogtatás során is.

Kapcsolódó extrák

Hanghullámok jellemző paraméterei

Animációnk a hullámok legfontosabb paramétereit magyarázza el, hanghullámok segítségével.

Chengdu J-20 Mighty Dragon (Kína, 2017)

Az „Erős Sárkány” a kínai légierő kötelékébe tartozó ötödik generációs, lopakodó harci repülőgép.

Concorde (1969)

Az első, hangsebesség felett is repülő utasszállító gép menetrend szerinti járatai 1976-ban indultak útjukra.

Hogyan működik a hangszóró?

A hangszóró az elektromágneses indukció segítségével kelt levegőrezgéseket.

TGV POS vonatszerelvény

A Párizs és Dél-Németország között közlekedő nagysebességű vonat utazósebessége 320 km/h.

Gravitációs hullám (LIGO obszervatórium)

Ha nagy tömegű testek gyorsulva mozognak, akkor körülöttük fodrozódások keletkeznek téridőben, ezek a gravitációs hullámok.

Hogyan működik a szonár?

A kibocsátott hangimpulzusok visszaverődéseinek segítségével alkot képet.

Hullámok típusai

A hullámok az életünk számtalan területén játszanak nagyon fontos szerepet.

Kis patkósdenevér

A denevérek ultrahang segítségével vadásznak, tájékozódnak.

Radar (Bay Zoltán)

1946-ban a berendezés segítségével sikerült észlelni a Holdról visszavert radarjeleket.

Földrengés

A földrengés a Föld egyik legpusztítóbb természeti jelensége.

Kosárba helyezve!