Dopplereffekt

Dopplereffekt

Det är ett välkänt fenomen att ett ljud som närmar sig observatören är högre än ett ljud som avlägsnar sig.

Fysik

Relaterade objekt

Scener

Dopplereffekten

  • det utsända ljudets vågfront
  • observatör
  • ljudet av det annalkande fordonet
  • ljudet av fordonet som avlägsnar sig

Dopplereffekten

Ljudet av en bil som närmar sig skiljer sig från ljudet av en bil på väg bort. När bilen är på väg mot dig har ljudet högre tonhöjd än ljudet från en stillastående bil och när den är på väg bort är tonhöjden lägre. Detta fenomen kallas dopplereffekt.

Förklaring

  • f₀ = 200 Hz
  • f₂ = 200 Hz
  • f₁ = 200 Hz
  • λ₀ = 1,65 m
  • λ₂ = 1,65 m
  • λ₁ = 1,65 m
  • f₀ = 200 Hz - Fordonets ljuds ungefärliga frekvens. I verkligheten kan ljudet ha fler än en komponent.
  • f₂ = 208 Hz - När fordonet närmar sig hör observatören ett ljud med högre tonhöjd.
  • f₁ = 192 Hz - När fordonet är på väg bort hör observatören ett ljud med lägre tonhöjd.
  • λ₂ = 1,58 m - Vågfronterna trycks ihop framför fordonet, våglängden minskar, frekvensen ökar men våghastigheten förändras inte.
  • λ₁ = 1,72 m - Vågfronterna sprids ut bakom fordonet, våglängden ökar, frekvensen minskar men våghastigheten förändras inte.
  • f₀ = 200 Hz - Fordonets ljuds ungefärliga frekvens. I verkligheten kan ljudet ha fler än en komponent.
  • f₂ = 218 Hz - När fordonet närmar sig hör observatören ett ljud med högre tonhöjd.
  • f₁ = 184 Hz - När fordonet är på väg bort hör observatören ett ljud med lägre tonhöjd.
  • λ₂ = 1,51 m - Vågfronterna trycks ihop framför fordonet, våglängden minskar, frekvensen ökar men våghastigheten förändras inte.
  • λ₁ = 1,78 m - Vågfronterna sprids ut bakom fordonet, våglängden ökar, frekvensen minskar men våghastigheten förändras inte.
  • f₀ = 200 Hz - Fordonets ljuds ungefärliga frekvens. I verkligheten producerar den inte ett ljud med bara ett frekvensvärde.
  • f₂ = 240 Hz - När fordonet närmar sig hör observatören ett ljud med högre tonhöjd.
  • f₁ = 171 Hz - När fordonet är på väg bort hör observatören ett ljud med lägre tonhöjd.
  • λ₂ = 1,37 m - När fordonet är på väg bort hör observatören ett ljud med lägre tonhöjd.
  • λ₁ = 1,92 m - Vågfronterna sprids ut bakom fordonet, våglängden ökar, frekvensen minskar men våghastigheten förändras inte.

Förklaring

Dopplereffekten uppstår på grund av att ljudvågornas hastighet är oberoende av källans hastighet.

Vare sig ett fordon står still eller rör sig, rör sig ljudvågorna som härrör från fordonet i en konstant hastighet som bestäms av mediet de färdas genom. Detta innebär att vågfronterna blir tätare framför och glesare bakom ljudkällan, när den är i rörelse.

När vågfronterna trängs ihop blir ljudvågornas våglängd kortare. Summan av våglängden och frekvensen är lika med ljudvågornas hastighet och den är konstant, alltså ökar frekvensen vilket ger ett ljud med högre tonhöjd. Det motsatta sker bakom ljudkällan: våglängden ökar, frekvensen minskar och tonhöjden sänks.

Samma fenomen uppstår när det är observatören som är i rörelse och inte ljudkällan.

Överljudsknall

  • konformad tryckvåg - När ljudkällan färdas fortare än ljudets hastighet bildar vågfronterna en konformad tryckvåg. I denna blir amplituden väldigt stor och observatören kan höra en överljudsknall när konen passerar över henne eller honom.
  • hyperbel - Där tryckvågskonen möter vattenytan formas en hyperbel.
  • överljudsknall

Överljudsknall

Om ljudkällan, till exempel ett flygplan, flyttar sig så snabbt att den når ljudets hastighet i det medium den rör sig i, formar vågfronterna en konformad tryckvåg.

Tryckvågen rör sig tillsammans med flygplanet. Ljudvågorna förstärks längs konens yta, så om tryckvågen passerar över en observatör kan denna höra en överljudsknall.

I motsats till vad många tror hörs inte överljudsknallen bara när flygplanet bryter igenom ljudvallen. Den uppstår konstant så länge planet flyger i överljudshastighet men den hörs inte överallt.

Där den konformade tryckvågen möter jordytan formas en hyperbel. Överljudsknallen sprider sig längs denna kurva som följer flygplanets kurs.

Knallen kan orsaka stor skada, fönster kan krossas och lösa klippblock kan lossna och falla ned.

Överljudsknallar produceras främst av överljudsflygplan men mildare knallar kan också orsakas av till exempel en pisksnärt.

Astrofysik

  • galax på väg bort
  • rödförskjutning - När det gäller ljusvågor förorsakar dopplereffekten en skiftning i spektrallinjerna. Dessa linjer skiftar mot rött när ljuskällan avlägsnar sig.
  • observatör

Astrofysik

I likhet med ljudvågor utsätts även ljusvågor för dopplereffekten när ljuskällan närmar eller avlägsnar sig från observatören.

Ljus som utstrålar från en källa som närmar sig har kortare våglängd och kommer därför att uppfattas som blåaktigt. Ljuset från ett föremål som avlägsnar sig kommer istället att uppfattas som rödaktigt.

Det har observerats, att ljuset från galaxer konstant skiftar mot det röda färgspektret. Det innebär att de rör sig längre och längre bort från jorden och varandra och ju längre bort de befinner sig, desto fortare rör de sig. Detta fenomen kallas rödförskjutning. Den universellt accepterade idén om ett ständigt utvidgande universum baseras på denna observation.

Ekokardiografi

  • hjärta
  • Dopplerekokardiograf - När ultraljudet reflekteras ändras frekvensen och apparaten kan då räkna ut hastigheten på blodflödet i venerna.
  • utsänd våg
  • reflekterad våg

Ekokardiografi

Ett annat praktiskt användningsområde för dopplereffekten är vid ekokardiografi. Ultraljudmaskiner används för att undersöka strukturen på inre organ. Genom att undersöka våglängden på det reflekterade ultraljudet kan man bestämma hastigheten på rörelser i de inre organen.

På så vis kan inte bara organens struktur undersökas med dopplerultraljud utan också till exempel mängden blod och blodets hastighet i vener och artärer. Detta kan ge information om blodflödet i det undersökta organet eller tumören och om tillståndet i ett blockerat blodkärl.

En ekokardiograf används också under förlossning för att mäta barnets hjärtrytm under graviditeten och förlossningen.

Fartkameror

  • Hastighetsmätning med reflekterade radarvågor
  • fartkamera - På grund av dopplereffekten ändras våglängden på en våg som reflekteras av ett rörligt objekt. Fartkameran kan uppfatta denna förändring.
  • utsänd våg
  • reflekterad våg

Fartkamera

Ett område där dopplereffekten används är vid hastighetsmätning på våra vägar.

En fartkamera skickar iväg en radiovåg mot fordonet vars hastighet ska mätas. När vågorna träffar fordonet reflekteras de tillbaka. Våglängden på den reflekterade radiovågen förändras genom dopplereffekten. Fordonets hastighet kan mätas genom att man räknar ut våglängden på den reflekterade radiovågen.

Till skillnad från i fartkameran bygger inte mätmetoden i laserhastighetsmätaredopplereffekten. Här mäts istället den exakta reflektionstiden. Först räknas fordonets avstånd ut vid olika tidsintervall och sedan dess hastighet.

Animation

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

Berättarröst

Ljudet av en bil som närmar sig skiljer sig från ljudet av en bil på väg bort. När bilen är på väg mot dig har ljudet högre tonhöjd än ljudet från en stillastående bil och när den är på väg bort är tonhöjden lägre. Detta fenomen kallas dopplereffekt.

Dopplereffekten uppstår på grund av att ljudvågornas hastighet är oberoende av källans hastighet.

Vare sig ett fordon står still eller rör sig, rör sig ljudvågorna som härrör från fordonet i en konstant hastighet som bestäms av mediet de färdas genom. Detta innebär att vågfronterna blir tätare framför och glesare bakom ljudkällan, när den är i rörelse.

När vågfronterna trängs ihop blir ljudvågornas våglängd kortare. Summan av våglängden och frekvensen är lika med ljudvågornas hastighet och den är konstant, alltså ökar frekvensen vilket ger ett ljud med högre tonhöjd. Det motsatta sker bakom ljudkällan: våglängden ökar, frekvensen minskar och tonhöjden sänks.

Samma fenomen uppstår när det är observatören som är i rörelse och inte ljudkällan.

Om ljudkällan, till exempel ett flygplan, flyttar sig så snabbt att den når ljudets hastighet i det medium den rör sig i, formar vågfronterna en konformad tryckvåg.

Tryckvågen rör sig tillsammans med flygplanet. Ljudvågorna förstärks längs konens yta, så om tryckvågen passerar över en observatör kan denna höra en överljudsknall.

I motsats till vad många tror hörs inte överljudsknallen bara när flygplanet bryter igenom ljudvallen. Den uppstår konstant så länge planet flyger i överljudshastighet men den hörs inte överallt.

Där den konformade tryckvågen möter jordytan formas en hyperbel. Överljudsknallen sprider sig längs denna kurva som följer flygplanets kurs.

Knallen kan orsaka stor skada, fönster kan krossas och lösa klippblock kan lossna och falla ned.

Överljudsknallar produceras främst av överljudsflygplan men mildare knallar kan också orsakas av till exempel en pisksnärt.

Relaterade objekt

Ljudvågors egenskaper

Denna animation demonstrerar vågors viktigaste egenskaper genom ljudvågor.

Chengdu J-20 Mighty Dragon (Kina, 2017)

Chengdu J-20, även känt som Mighty Dragon, är ett enhetsflygplan med smygteknik.

Concorde (1969)

Det första överljudsplanet för passagerartrafik sattes i trafik år 1976.

Hur fungerar en högtalare?

I högtalare alstras ljudvågor genom elektromagnetisk induktion.

TGV POS höghastighetståg

Tåget som har en färdhastighet på 320 km/h går mellan Paris och södra Tyskland.

Dvärghästskonäsa

Fladdermöss använder ultraljud för navigering och för att jaga byten.

Gravitationsvågor (LIGO)

Massiva accelererande eller kretsande kroppar skapar krusningar i rumtiden. De kallas för gravitationsvågor.

Hur fungerar en sonar?

Denna animation visar hur en sonar fungerar.

Radarexperiment (Zoltán Bay, 1946)

En ungersk vetenskapsman var först med att upptäcka radarekon från månen år 1946.

Typer av vågor

Vågor spelar en viktig roll i våra liv.

Jordbävning

En jordbävning är ett av de mest förödande naturfenomenen.

Added to your cart.