אפקט דופלר

אנחנו שאלנו ואתם הצבעתם:

לחצו כאן למעבר לדף תוצאות הסקר

התשובה הנכונה היא: תדירות הקול עולה כאשר המכונית מתקרבת למאזין ויורדת כאשר המכונית מתרחקת מהמאזין.

התופעה הזאת מוכרת לכולנו. זה מה שקורה לצליל הצפירה של מכונית משטרתית או מכבי האש שממהרות למקום האירוע. בקרב הפיזיקאים היא ידועה בשם תופעת (אפקט) דופלר.

כדי להבין את המתרחש, ראשית נציין כמה עובדות חשובות על גלי הקול וגלים בכלל. מהירות התפשטות גלי הקול באוויר קבועה ושווה ל- 330 מטר לשנייה בערך. מהירות זאת איננה מושפעת ממצב התנועה של המכונית. צליל הצפירה יתקדם באוויר בצורה אחידה בכל הכיוונים ומהירותו תישאר כ- 330 מטר לשנייה גם כאשר המכונית עומדת בחנייה וגם כשהיא נוסעת. גובה הצליל נקבע על ידי תדירותו. ככל שתדירות הקול גבוהה יותר, כלומר מספר התנודות שמבצע מקור הקול בכל שנייה גדול יותר, האוזן שלנו שומעת צליל גבוה יותר. כאן המקום לציין שעוצמת הקול, להבדיל מגובה הצליל, אינה תלויה בתדירות, אלא באנרגיה של גל הקול.
נניח שאתם עומדים במרחק 1500מ' ממכונית החונה בשולי הכביש. נהג המכונית מחליט להפעיל את הצופר למשך 50 שניות בדיוק. כדי לפשט את החישוב, נניח שמהירות התפשטות הקול באוויר היא 300 מטר לשנייה. פירוש הדבר שאתם תתחילו לשמוע את צליל הצפירה 5 שניות לאחר שהנהג הפעיל אותה ותשמעו אותה, כמובן, במשך 50 שניות.
עכשיו נניח שברגע בו מחליט הנהג להפעיל את הצפירה למשך אותן 50 שניות, הוא גם מתחיל לנסוע לכיוונכם ומתקרב אליכם במהירות קבועה של 30 מטרים בשנייה (כמובן, לצורך הפשטות בלבד, כי לא ייתכן שמכונית תצבור מהירות כזאת באפס זמן). מתי תתחילו הפעם לשמוע את צליל הצפירה? לאחר אותן 5 שניות, מפני שהצליל יצא לדרכו כאשר המרחק ביניכם לבין המכונית היה 1500 מטר בדיוק. אבל שימו לב: הפעם תשמעו את הצליל במשך 45 שניות בלבד, מפני שכעבור 50 שניות תגיע המכונית ותהיה בדיוק מולכם, כך שלצליל הצפירה לא יידרש זמן כלל על מנת להגיע לאוזניכם. מבחינת הנהג שום דבר לא השתנה, הוא הפיק את אותו הצליל במשך אותן 50 שניות. מבחינתכם, אותו מספר תנודות שהפיק צופר המכונית התרחש במהלך 45 שניות, במקום 50 שניות כאשר הייתה במנוחה. פירוש הדבר שתדירות הצליל (מספר תנודות המתרחשות בשנייה אחת) גדלה.
אם המכונית מתרחקת מכם, יקרה אותו הדבר, רק הפוך-תדירות הקול תקטן.

ניתן לראות את זה גם בדרך הבאה: (מתוך "ויקיפדיה"): נסתכל על המכונית כעל מקור שמשדר צליל בתדירות קבועה. כאשר המכונית ("המקור") עומדת, המרחק בין חזיתות הגלים קבוע, ואזנו של הצופה תקלוט אותו מספר תנודות במשך פרק זמן נתון, כלומר את תדירות שבה משדר המקור. כאשר המכונית מתקרבת לצופה, כל גל קול עובר דרך קצרה יותר מקודמו עד הגיעו לאוזן הצופה. לכן, חזיתות הגלים "צפופות" יותר, ואוזנו של הצופה תקלוט יותר תנודות במשך אותו פרק זמן נתון, כלומר-תדירות הצליל הנקלט גבוהה מהתדירות שבה משדר המקור, והצליל ישמע גבוה יותר. כאשר המכונית תחלוף על פני הצופה, התדירות שתישמע באוזנו תהיה בדיוק אותה תדירות שמשדר המקור. כאשר המכונית מתרחקת מהצופה, כל גל יעבור דרך ארוכה יותר מקודמו עד הגיעו לאוזן הצופה. לכן, חזיתות הגלים "מרווחות" יותר, ואוזנו של הצופה תקלוט פחות תנודות במשך אותו פרק זמן נתון, כלומר-תדירות הצליל הנקלט קטנה מהתדירות שבה משדר המקור, והצליל ישמע נמוך יותר. שימו לב שהתדירות שבה משדר המקור אינה משתנה לאורך התנועה.

מתוך אתר ויקיפדיה. למעבר לאתר לחצו על התמונה.

בשרטוט: מיקרופון נייח מקליט צופר של מכונית נוסעת. תדירות הצליל (ולכן גובהו) משתנה בהתאם למיקום היחסי של המכונית והמיקרופון (מתוך ויקיפדיה).

אותה תופעה מתרחשת גם בגלים אלקטרומגנטיים, כגון אור, רק ששינוי בתדירות האור הנפלט ממקור נע מתבטא בשינוי הצבע הנצפה. לאפקט דופלר שימושים רבים החל ממדידת מהירות מכוניות על ידי המשטרה ועד מדידת מהירות גלקסיות רחוקות.

יישום ג'אווה המדגים את אפקט דופלר:

http://www.walter-fendt.de/ph11e/dopplereff.htm

לקריאה נוספת: