救護車的聲音為什麼會改變?用 Scratch 揭開多普勒效應的秘密

逐工攏咧做實驗,我係科學教練桑子研。

逐家好!毋知恁有無這款經驗:行佇路裡中心,看著救護車「鳴〜鳴〜」按面頭前駛過去,結果車拄仔經過的一瞬間,彼個聲調竟然「哐」一聲變甲真低?

這款神奇的現象,咱科學上叫作「ドップラー効果」(Doppler effect)。雖然名聽起來真有學問,但原理其實無難。簡單講,聲的本質就係「波」,當發出聲的物品或者咱家己咧振動的時,這款「聲波」就會予人弄到縮短或者是搝長,變甲真有活力!

今仔日,我想欲用五感體驗的方式,紹介一寡教材佮模擬器,予逐家一眼就看出到底是按怎變化的。若是想欲看實際做的實驗,嘛會使參考下面這篇文章:

救急車のサイレンが変わる瞬間を再現!スマホで楽しむ驚きの科学実験(ドップラー効果)

生活中的聲!對火車聽過路口的警報聲

ドップラー効果其實就佇咱的身軀邊。比方講,坐火車或者是企佇路邊看火車飆過去,攏係上好的觀察機會。咱先來看這段影片,比較一下企佇火車外口佮坐佇火車入面聽到的過路口警報聲,你就會發現音調的變化真明顯,一聽就知!

發聲物若咧振動,波會變按怎?圖解予你知

到底是按怎會有ドップラー効果咧?為著解開這個謎題,我用 Scratch 寫了一個教材。首先,咱來看「音源」(發出聲的物件)家己咧振動的情況。想像救護車一邊駛、一邊傳出聲波,咱對天頂看落去的剖面圖係按怎。點下面的連結或者是視窗,會使家己動手玩看覓喔!

點遮試看覓

假使音源企咧無動,波的闊度(波長)前後攏會平長。

但是,若是音源向左邊振動咧?因為音源會追家己發出的波,所以進前的波會予人「噗」一下擠甲真短;相反的,後面的波會予人放予離離,變甲真長。

波若變短,聽起來音調就會變高;波若變長,音調就會變低。這就是為按怎救護車離開咱愈遠,聲聽起來就愈低的緣故。

相反的,向右邊振動的時,波長變短,音調變高的感覺嘛真清楚。

用講的或者是看死圖可能真歹理解,但做成動畫,保證你一看就通!

若是換咱家己咧振動咧?觀察者的角度

另外一個逐家卡難理解的,就是「聽的人(觀察者)家己咧振動」的情況。這个時陣,空氣中傳播的波長其實無變,但為按怎聲聽起來嘛會變咧?

答案就是「每一秒鐘收到的波的數量」變去了!為著這个,我嘛做了一個模擬器,逐家來試看覓。

YouTube 頂面嘛有影片:

假使咱企咧無動,假設一秒鐘收到 5 個聲波。

但是,若是咱主動向聲源衝過去,咱就會接連接收到對面來的波,同款的時間內可能會收到 8 個波。收到的波愈濟,振動頻率就愈高,所以聽起來音調就會變高。

這就親像佇海邊,你企咧無動,波浪一陣一陣來;但若是你向海湧泅過去,波浪挵到你身軀的次數就會變濟,就是這款感覺!

歡迎老師教學或自修使用!

這套教材我設計甲真方便,老師上課講解或者是家己看攏真好用。速度設定嘛有「靜止」、「向右」佮「向左」三種模式,點一下就換。物理這款物件,若是只看公式會覺甲真虛,但若是有這款視覺化的工具,保證你會「喔~原來係按呢!」

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