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）
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
「ピーポー、ピーポー！」と元気よく近づいてきた救急車が、自分の目の前を通り過ぎた瞬間、急に「ペーポー、ペーポー……」と力が抜けたような低い音に変わったように感じたことはありませんか？
まるで救急車が急にやる気をなくしてしまったかのようですが、実はこれ、音の正体である「波」が引き起こす、ダイナミックな物理現象なのです。今回は、そんな身近な不思議「ドップラー効果」を、お家で、しかもスマートフォン一つで体感できるワクワクの実験ガイドをお届けします！
音の不思議を探究！自宅で楽しむドップラー効果実験ガイド
ドップラー効果とは、音を出しているもの（音源）が動くことで、聞こえてくる音の高さが変化する現象です。
音は空気の震え、つまり「波」として伝わります。音源がこちらに近づいてくるときは、後ろからくる音が前の波に追いつくため、音の波の間隔がギュギュッと狭まります（波長が短くなる）。逆に遠ざかるときは、波が置き去りにされるように引き伸ばされます（波長が長くなる）。
私たちの耳は、波の間隔が狭いと「高い音」、広いと「低い音」として認識します。つまり、救急車の音の変化は、音そのものが変わったのではなく、私たちの耳に届く「波の縮み具合」が変わった証拠なのです。
まずは、こちらの動画でその変化を聴き比べてみましょう。電車の外と中での踏切音の違いに注目です。
さらに、本物の救急車が通り過ぎる瞬間の音の変化がこちらです。
https://www.youtube.com/watch?v=CdWV76rqPso
いかがでしょうか。サイレンの音が「ガクン」と下がる瞬間がはっきりと分かりますね。
アニメーションで見る！波が縮むメカニズム
「なぜ動くだけで波が縮むの？」という疑問を視覚的に解決するために、プログラミング学習ソフト「スクラッチ（Scratch）」で動く教材を作ってみました。救急車が走りながら音波を出していく様子を、断面図として眺めることができます。以下のリンクや埋め込み画面から、実際に音源を動かして「波の密度」の変化を確認してみてください。こちらから試すことができます。
音源が止まっているときは、波の輪はどこから見ても均等な間隔です。
しかし、音源が左に動くと、進行方向では次々と出される波が前へ前へと押し寄せ、間隔が短くなります。
逆に、右側に動く様子を見ると、後ろ側では波がどんどん置いていかれ、間隔が広がっていくのがよく分かります。
この感覚的な理解こそが、物理を楽しく学ぶための第一歩です。それでは、いよいよスマートフォンを使った実践編に挑戦しましょう！
科学のレシピ：スマホでドップラー効果を体感！
学校の理科室には「ドップラー効果説明用音叉」という専用の道具がありますが、実は結構高価なものです。でも、安心してください。あなたのポケットに入っているスマートフォンが、最高の実験道具になります。
ドップラー効果をはっきり感じるコツは、「ある程度高い音」を使うこと。そこで、高周波数の音を自由に出せるアプリを活用します。
【用意するもの】
- スマートフォン（iPhoneなど）
- トーンジェネレーターアプリ（2000Hz程度の音が出せるもの）
【実験手順】
- アプリを起動し、周波数を1000Hzに設定して音を出します。「キーン」という高い音が聞こえます。
- スマートフォンを手に持ち、誰かに正面に立ってもらいます。
- その場で、スマートフォンを相手に向かって前後に素早く動かしてみてください。
実際にスマホを動かしてみた動画がこちらです。
いかがでしたか？ スマートフォンを動かすたびに、音が「ウワンウワン」と波打つように変化するのが分かりますね。これは音の大きさではなく、音の高さ（周波数）が変化しているのです。
もし理科室やご家庭に回転テーブル（テレビ台などの回転盤）があれば、その上にスマホを置いて回してみるのも面白いですよ。より連続的な音の変化を楽しむことができます。
【実験のポイントとまとめ】
この実験の醍醐味は、普段何気なく聞いている現象を「自分の手で作り出せる」という点にあります。 スマホが近づくときは音が高くなり、遠ざかるときは音が低くなる。この単純なルールが、宇宙の観測（遠くの銀河が遠ざかっていることを知る方法など）にも応用されていると知ると、さらにワクワクしませんか？実験中はスマホをしっかり持ち、周りの人や物にぶつからないよう十分に注意してくださいね。
この実験は、拙著『高校物理復習帳』でも詳しく紹介しています。こちらの特設ページもぜひ合わせてご覧ください。
動画授業はこちら
| 動画（Youtube） | 内容 | プリント（PDF） |
| １ ドップラー効果（前半）式の成り立ち） ２２分
２ ドップラー効果（後半）１４分 |
ドップラー効果の式の成り立ちについて、イラストを使って丁寧に解説します。シミュレーション教材については、緑の旗をクリックして、さわってみてください。 |
シミュレーション |
前半
後半
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