Wissen Sie, was der Doppler-Effekt ist?

Wenn Sie ein Fan von The Big Bang Theory sind und keine Folge verpassen, werden Sie sich vielleicht daran erinnern, als Sheldon sich in Doppler-Effekt gekleidet hat, um an einer von Penny moderierten Kostümparty teilzunehmen. Der Nerd versuchte der Blondine sogar zu erklären, was das Outfit bedeutete, und sagte, es handele sich um eine "offensichtliche Änderung der Frequenz einer Welle, die durch die relative Bewegung zwischen der Wellenquelle und dem Beobachter verursacht wurde", aber haben Sie die Erklärung erhalten?

Bildquelle : Wiedergabe / Quo.es

Dieser merkwürdige Effekt wurde erstmals vom österreichischen Physiker Christian Johann Doppler - daher der Name des Phänomens - beschrieben und hängt damit zusammen, wie ein stationärer Beobachter die Frequenz eines von einer sich bewegenden Quelle ausgehenden Schalls wahrnimmt. Wie Sie wissen, werden Schallwellen durch die Vibration eines Körpers erzeugt, und der Ton eines bestimmten Geräusches hängt davon ab, wie oft dieser Körper pro Sekunde vibriert.

Je schneller die Vibration ist, desto lauter - oder schriller - ist der Klang. Im Gegensatz dazu ist der Klang umso leiser (oder leiser), je langsamer die Vibration ist. Um den Doppler-Effekt zu verstehen, ist es jedoch auch erforderlich zu verstehen, wie sich Wellen verhalten, wenn sich die emittierende Quelle in Bewegung befindet.

Wenn ein Schallwellen emittierendes Objekt statisch ist, erfolgt die Ausbreitung symmetrisch und bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit und ohne merkliche Schwankungen der Schallfrequenz von der Quelle weg.

Bildquelle: Reproduktion / Daniel A. Russell

Wenn sich das Schallwellen aussendende Objekt jedoch in eine bestimmte Richtung bewegt, komprimiert es die Luft direkt vor Ihnen. Auf diese Weise sammeln sich Schallwellen, die von einem sich bewegenden Körper ausgesendet werden, vor dem Objekt an und bewirken, dass die Schallfrequenz vorne höher wahrgenommen wird als hinten.

Bildquelle: Reproduktion / Daniel A. Russell

Ambulââââaaaaaa ...

Stellen Sie sich vor, ein Krankenwagen nähert sich Ihnen. Je näher das Fahrzeug rückt, desto lauter wird das Geräusch der Sirene. Sobald der Krankenwagen vorbei ist, wird der Ton jedoch ernster und leiser. Gleiches gilt für Autos, die an uns vorbeifahren und hupen. Das ist der Doppler-Effekt!

Wenn sich der Krankenwagen einem „Zuhörer“ nähert, werden die Schallwellen im vorderen Bereich des Fahrzeugs stärker komprimiert, wodurch sich die Schallfrequenz der Sirene erhöht. Und während der Krankenwagen am Betrachter vorbeifährt, breiten sich die Schallwellen aus, wodurch der Zuhörer eine Abnahme der Sirenenfrequenz bemerkt. Sehen Sie sich das folgende Video von Robert Krampf an, um dieses Phänomen besser zu verstehen:

Überschallflugzeug

Aber was ist, wenn sich die Schallquelle mit einer Geschwindigkeit bewegt, die der Schallgeschwindigkeit von 340 Metern pro Sekunde nahe kommt? Denken Sie zum Beispiel an ein Überschallflugzeug. Die Wellen werden an derselben Stelle in der Nase des Flugzeugs konzentriert und bilden eine Druckbarriere, die das Flugzeug sogar zerstören kann.

Bildquelle: Reproduktion / Daniel A. Russell

Sobald das Objekt die Schallmauer - oder Überschallgeschwindigkeit - im Flugzeug passiert, ist nichts mehr zu hören, da die Wellen zurückbleiben. Nicht einmal in der Kabine ist das Geräusch der Luft oder der Triebwerke zu hören, nur die normalen Geräusche der Besatzung, da das Geräusch der Stimmen des Piloten nicht von der Geschwindigkeit des Flugzeugs beeinflusst wird.

Ein stationärer Beobachter wird jedoch einen lauten Absturz bemerken, sobald das Flugzeug diese Druckbarriere überquert, konzentriert in der Nase des Flugzeugs. Dieses Manöver ist in der Nähe von Städten und Gebäuden verboten, da es zu starken Stößen kommt, die Glas zerbrechen und Gebäude geringfügig beschädigen können.

Bildquelle: Reproduktion / Daniel A. Russell

Kuriositäten zum Doppler-Effekt

Wenn Sie jedoch der Meinung sind, dass der Doppler-Effekt nur dazu dient, zu erklären, wie die Sirenen von Krankenwagen nach dem Vorbeifahren weniger ärgerlich werden, oder sich in lustige Kostüme zu verwandeln, bitten wir Sie um Entschuldigung, sich zu irren! Probieren Sie es aus:

  • Es gibt Wetterradare, die sich auf den Doppler-Effekt stützen, um das Wetter durch Messung elektromagnetischer Wellen vorherzusagen.
  • Astronomen verlassen sich auf dieses Phänomen, um nach Beobachtung der Abweichung der Lichtfrequenz neue Doppelplaneten und Sterne zu entdecken und sogar die Geschwindigkeit anderer Himmelskörper im Kosmos zu messen.
  • Echokardiogramme kombinieren Ultraschall und Doppler-Effekt, damit Kardiologen die Strukturen des Herzens sichtbar machen können.