振動と波動
ドップラー効果
運動する音源が出す波面を追い、前方と後方の波面間隔を比較して、接近時 、後退時 を確かめます。
器具
- 3D 面上に円形波面を出す運動音源
- 「発振周波数 f」スライダー
- 「音源速度／音速」スライダー
- 「波面間の時間刻み」スライダー、「一時停止」ボタン、f′ の読み出し行
手順
止めて両側の波面間隔を測る
数個の波面が出たら「一時停止」します。音源前方では円が密（短波長・高周波）、後方では疎（長波長・低周波）です。キャンバスを回して圧縮・伸展領域を確認します。
音源速度を変えてドップラー式と照合する
「音源速度／音速」を上げると、 が に近づくほど前方の波面が圧縮されます。図の下の式を読み、 で が発散することを確かめます。これが衝撃波の前兆です。
発振周波数と時間刻みを変える
「発振周波数 f」を上げて音源速度を固定すると、波長は縮みますが、 が f に依らないため前後の相対圧縮は不変です。「波面間の時間刻み」で円を疎密にして読みやすくします。
シミュレーション
実験の歴史
1842年、クリスチャン・ドップラーはプラハで、音源または観測者が媒質中を動くと観測周波数が変わるという原理を発表しました。1845年、クリストフ・ボイス・バロットは有名な実験で音について検証しました。通過する列車で演奏する音楽家の音程ずれを音感のある聴取者が直接測定しました。
イポリット・フィゾー（1848）はこの考えを光に適用し、スペクトル線が速度に比例してずれると予言しました。これが連星から銀河の赤方偏移まで、天文学の視線速度測定の基盤です。