Imaginează-ți că ești șofer de ambulanță și trebuie să conduci cu viteză mare pe străzile unui oraș mare plin de mașini. Acum imaginați-vă că sunteți unul dintre mulțimea de pe trotuar. Stai la intersecție și aștepți momentul în care poți traversa strada. Dar mai întâi trebuie să săriți ambulanța de curse.
Urletul sirenei ei se aude de departe. Dar lucru ciudat este, cu cât o mașină cu o cruce roșie se apropie, cu atât sunetul unei sirene devine mai mare. Când mașina începe să se îndepărteze, același lucru se repetă, dar invers. Pe măsură ce mașina se îndepărtează, sunetul sirenei devine din ce în ce mai mic până când dispare complet. În același timp, șoferul ambulanței nu observă nicio modificare. Pentru el, calitatea sunetului nu se schimbă.
Dar un observator din afară aude cum se ridică pasul și cum tonalitatea scade odată cu distanța. Undele sonore se propagă în aer în același mod ca valurile mării de pe suprafața apei.
Deci, ce se întâmplă cu adevărat. Cine aude corect? Un șofer sau un pieton? Se schimbă tonul sunetului sirenei? Ambele au dreptate. Mai exact, nimeni nu greșește: atât șoferul, cât și pietonul aud exact ceea ce ar trebui să audă. Diferența de percepție se datorează efectului Doppler. Ceea ce auzim ca sunet este de fapt undele care se propagă prin aer.
Sirena face ca moleculele de aer să vibreze. Undele sonore se propagă în aer în același mod ca valurile mării de pe suprafața apei.O undă este o regiune de rarefecție, care devine apoi o regiune de compresie. Procesul se repetă de mai multe ori într-o secundă și se răspândește. Aceasta este unda sonoră. Cu cât sunt mai apropiate aceleași secțiuni ale undelor una de cealaltă, cu atât sunetul este mai mare, adică este mai mare frecvența acestuia.
În cazul nostru, când unda „rapidă” se apropie, undele sonore devin mai apropiate unele de altele pentru pieton, deoarece viteza de mișcare a mașinii și sunetul se adaugă. Cu cât distanța dintre undele sonore este mai mică, cu atât frecvența și tonul sunetului sunt mai mari. Odată cu îndepărtarea mașinii, distanța dintre undele odată cu creșterea distanței devine din ce în ce mai mare, adică frecvența scade treptat și sunetul devine mai mic. Oamenii din mașină și sursa de sunet sunt nemișcați unul față de celălalt. Prin urmare, nu apar modificări ale tonalității. Pentru a auzi modificări de tonalitate, ascultătorul și sursa de sunet trebuie să se deplaseze unul față de celălalt.
Efectul Doppler nu numai în undele sonore
Luăm ca exemplu undele de lumină. Dacă s-a instalat o lampă galbenă în locul unei sirene pe o ambulanță, atunci când se apropie de observator, spectrul lămpii ar trece la partea albastră, iar la scoaterea, la cea roșie. Cu fenomenele obișnuite care ne înconjoară, ratele de deplasare sunt relativ mici, astfel încât nu observăm schimbări în spectrul luminii. Dar dacă viteza ambulanței se apropia de viteza luminii sau comparabilă cu aceasta, atunci am observa modificările dorite.
Frecvența este numărul de creste valuri care au trecut printr-un punct specific într-o secundă. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât tonalitatea sunetului este mai mare sau cu atât lumina albastră devine mai mare.Șoferul în acest caz va vedea o lumină galbenă căzând constant pe șosea. Dar o mașină în mișcare ar comprima undele în fața sa și observatorii care erau nemișcați în timp ce se apropiau de o sursă de lumină ar vedea o mutare a spectrului luminos spre partea albastră de înaltă frecvență. Pe măsură ce mașina se îndepărtează, observatorul va observa culoarea revenirii lanternei de la albastru la galben. Treptat, această culoare s-ar transforma în roșu, dispărând peste orizont.
