救護車警笛聲改變的瞬間！用手機重現的驚奇科學實驗（都卜勒效應）
大家好，我是科學教練桑子研。生活處處是實驗，讓我們一起發現科學的樂趣！
你有過這種經驗嗎？當救急車（喔咿喔咿）元氣滿滿地朝你開過來，結果就在經過你面前的那一瞬間，聲音突然變成了悶悶低沈的（喔嗚喔嗚），好像救急車瞬間「沒力」了一樣？
這可不是救急車偷懶想下班，這其實是聲音的真面目——波，所引發的超酷物理現象！今天，我要帶大家用家裡隨手可得的「智慧型手機」，一起動手玩這個與我們生活息息相關的神奇現象：都卜勒效應。
探索聲音的奧秘！在家也能玩的都卜勒效應實驗指南
所謂的「都卜勒效應」，就是當發出聲音的物體（聲源）在移動時，我們聽到的聲音音調會跟著產生變化的現象。
聲音是透過空氣震動，也就是以「波」的形式傳遞。當聲源朝我們靠近時，後面的波會追上前面的波，導致聲波被擠壓得緊緊的（波長變短）；相反地，當聲源遠離時，聲波就像被拉長了一樣，間隔變寬（波長變長）。
我們的耳朵非常靈敏，當聲波間隔變窄時，會覺得是高音；間隔變寬時，則會覺得是低音。所以救急車聲音的改變，並不是它換了喇叭，而是因為傳到我們耳裡的「聲波縮放程度」改變了！
首先，讓我們透過這段影片來聽聽看差別，請特別注意火車經過平交道時，車內與車外聲音的不同。
接著，看看真正的救急車在經過那一瞬間，聲音產生的變化：
如何？是不是能清楚聽到鳴笛聲在經過的瞬間「啪」地掉了一個音調呢？
用動畫看更清楚！為什麼波會被壓縮？
為了讓大家直觀理解「為什麼動起來波就會縮水」，我用 Scratch 寫了一個簡單的互動教材。你可以看到救急車一邊跑、一邊發射聲波的斷面圖。點擊下方的連結或直接操作畫面，試著移動聲源，看看「波的密度」會產生什麼變化喔！點擊這裡試試看：教材連結
https://youtu.be/ops5QOlARcA
當聲源靜止時，波紋從哪個方向看都是一樣的間隔。
但當聲源往左邊移動時，前進方向的波會不斷被推擠，間隔變得很短。
相反地，看看右邊，波被甩在後頭，間隔就明顯變寬了。
這種「感覺到了」的體悟，就是學習物理最快樂的第一步。那麼，現在就換我們拿起手機來實際操作吧！
科學小食譜：手機變身實驗器材！
學校理化教室雖然有專門的「都卜勒效應示範音叉」，但那通常不便宜。別擔心，其實你口袋裡的手機就是最好的實驗工具。
要清楚感覺到都卜勒效應，秘訣在於使用音調較高的聲音。我們可以使用能自由調整頻率的 App。
【準備工具】
- 智慧型手機（例如 iPhone）
- 頻率產生器（Tone Generator）App（能發出約 2000Hz 聲音的即可）
【實驗步驟】
- 啟動 App，將頻率設定在 1000Hz 並播放，你會聽到清脆的「嗶——」高頻音。
- 手握手機，請一位朋友站在你正前方。
- 對著朋友，快速地前後揮動你的手機。
來看看實際揮動手機的效果影片：
有沒有發現？每當你揮動手機，聲音就會產生像「嗚～喔～嗚～喔～」一樣的律動感。這改變的可不只是音量的大小，而是聲音的音調（頻率）喔！
如果你家裡剛好有旋轉盤（像是舊式電視轉盤或旋轉餐盤），把手機放上去轉轉看，聲音的變化會更連續、更有趣！
【實驗要點與結語】
這個實驗最迷人的地方，就是能讓我們親手製造出平常習以為常的現象。手機靠近時音調變高，遠離時音調變低，這個簡單的規則，竟然也是科學家用來觀測宇宙、判斷遙遠星系正在遠離我們的方法呢！是不是覺得很有成就感？實驗時記得抓穩手機，也要注意別撞到身邊的人或物品喔。
在我的著作《高校物理復習帳》中也有更多詳細介紹，歡迎參考這個特設網頁。
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