Dopplereffekten
Dopplereffekten är att frekvensen du uppfattar hos en våg ändras när källan och du rör er i förhållande till varandra, även om källan hela tiden sänder ut exakt samma frekvens. Det tydligaste exemplet är sirenen på ett utryckningsfordon: tonen låter högre när fordonet närmar sig och faller märkbart när det har passerat och kör ifrån dig. Sirenen själv ändrar aldrig frekvens – det är bara det du hör som ändras, beroende på rörelsen mellan fordonet och dig.
Förklaringen ligger i hur vågfronterna sprids. Medan källan rör sig framåt hinner den en liten bit närmare innan den sänder ut nästa vågtopp, så vågtopparna framför en källa i rörelse hamnar tätare ihop än om källan stod still. Tätare vågtoppar betyder kortare våglängd, och kortare våglängd betyder högre frekvens för den som möter dem. Bakom en källa som rör sig bort sprids vågtopparna i stället ut med större mellanrum, våglängden blir längre och frekvensen lägre. Ju fortare källan rör sig i förhållande till dig, desto större blir skillnaden mot den frekvens källan egentligen sänder ut.
Dopplereffekten gäller alla typer av vågor, inte bara ljud. En radarbaserad hastighetsmätare skickar ut radiovågor mot en bil och mäter hur mycket frekvensen hos den reflekterade signalen har ändrats för att räkna ut hur fort bilen kör. Samma princip används inom astronomin: ljus från en stjärna eller galax som rör sig mot oss är lite förskjutet mot högre frekvens, blåförskjutning, medan ljus från en som rör sig bort är förskjutet mot lägre frekvens, rödförskjutning. Det ger astronomer ett sätt att avgöra om en himlakropp närmar sig eller avlägsnar sig.
Det är lätt att blanda ihop dopplereffekten med att ljudet samtidigt blir starkare. När ett utryckningsfordon närmar sig ökar både tonhöjden, på grund av dopplereffekten, och volymen, för att fordonet helt enkelt kommer närmare. Det är två skilda fenomen som råkar inträffa samtidigt: dopplereffekten handlar bara om frekvensen, aldrig om hur starkt ljudet upplevs.
Det här lär du dig
- Förklara varför frekvensen hos en våg verkar ändras när källa och mottagare rör sig i förhållande till varandra
- Beskriva varför vågtoppar hamnar tätare framför en källa i rörelse och glesare bakom den
- Ge exempel på hur dopplereffekten används i radarmätning och astronomi
- Skilja dopplereffekten från en samtidig förändring i ljudstyrka
Begrepp att kunna
- dopplereffekten
- Att frekvensen hos en våg som uppfattas av en mottagare ändras när källan eller mottagaren rör sig i förhållande till varandra, trots att källan sänder med en oförändrad frekvens.
- källfrekvens
- Den frekvens källan till en våg faktiskt sänder ut, oberoende av hur källan eller mottagaren rör sig.
- blåförskjutning
- Att en våg uppfattas med högre frekvens än källfrekvensen, därför att källa och mottagare rör sig mot varandra.
- rödförskjutning
- Att en våg uppfattas med lägre frekvens än källfrekvensen, därför att källa och mottagare rör sig ifrån varandra.
- relativ hastighet
- Hur fort källan och mottagaren närmar sig eller avlägsnar sig från varandra längs linjen mellan dem. Det är rörelsen längs den linjen som ger dopplereffekt, inte rörelse åt sidan.
Vanliga svårigheter
Tror att källan faktiskt ändrar sin frekvens
Källan, till exempel en siren, sänder ut en och samma frekvens hela tiden oavsett hur den rör sig. Det som ändras är hur tätt eller glest vågtopparna når dig, beroende på rörelsen mellan källan och dig, och det är den upplevda frekvensen som ändras, inte källans egen.
Tror att bara källans rörelse spelar roll
Dopplereffekten beror på den relativa rörelsen mellan källa och mottagare. Står sirenen stilla och du springer mot den möter du vågtopparna oftare, nästan som om sirenen rörde sig mot dig, och du hör en högre frekvens även om källan aldrig rör på sig.
Blandar ihop frekvensändringen med att ljudet blir starkare
Ett fordon som närmar sig låter både ljusare i ton, på grund av dopplereffekten, och starkare i volym, bara för att det kommer närmare. Det är två olika fenomen som inträffar samtidigt: dopplereffekten påverkar enbart frekvensen, inte hur högt ljudet upplevs.
I verkligheten
Sirenen på en ambulans som kör förbi dig på en gata
Medan ambulansen närmar sig hamnar ljudvågorna tätare, och du hör en högre ton än sirenen egentligen har. Precis när den har passerat och kör ifrån dig sprids vågorna ut igen, och tonen faller tydligt till en lägre ton.
En radarmätare kontrollerar hastigheten på en bil
Radarn skickar ut radiovågor mot bilen och jämför frekvensen hos de reflekterade vågorna med den utsända frekvensen. Skillnaden beror på hur fort bilen rör sig mot eller ifrån radarn, så radarn kan räkna ut bilens fart.
Tips
- Lyssna extra noga nästa gång ett utryckningsfordon kör förbi, och försök höra exakt i vilket ögonblick tonen växlar från hög till låg. Det sker när fordonet passerar som närmast dig, och ju närmare vägen du står, desto snabbare går växlingen.
- Håll isär vad som ändrar tonhöjden och vad som ändrar styrkan: tonhöjden ändras av rörelsen mot eller från dig, styrkan främst av avståndet. Ett fordon som kör i en cirkel runt dig på samma avstånd låter lika starkt hela tiden och har ingen dopplerförskjutning, eftersom det varken närmar sig eller avlägsnar sig.
- Tänk dig att du går mot en kompis och kastar en boll till henne varje sekund. Varje boll har lite kortare väg än den förra, så bollarna kommer fram oftare än en gång per sekund, precis som vågtopparna framför en källa i rörelse.
Testa dig själv
1. En siren sänder alltid ut exakt samma frekvens. Förklara varför du ändå hör en högre ton när fordonet närmar sig och en lägre ton när det kör ifrån dig.
Medan fordonet rör sig framåt hinner det en bit närmare mellan varje vågtopp som sirenen sänder ut, så vågtopparna hamnar tätare ihop framför fordonet än om det stod still. Tätare vågtoppar ger kortare våglängd och därmed högre frekvens för dig som möter dem. Bakom fordonet sprids vågtopparna i stället ut, vilket ger längre våglängd och lägre frekvens.
2. Du står stilla och en cyklist med en ringklocka cyklar mot dig och sedan förbi och iväg. Vad händer med frekvensen du hör, och varför ändras aldrig klockans egen frekvens?
Du hör en högre frekvens medan cyklisten närmar sig och en lägre frekvens efter att hon har passerat och cyklar ifrån dig. Klockans egen frekvens ändras aldrig, för den beror bara på hur klockan är konstruerad. Det som ändras är hur tätt eller glest vågtopparna hinner fram till dig, vilket beror på rörelsen mellan er.
3. Varför kan astronomer avgöra om en avlägsen stjärna rör sig mot eller bort från jorden utan att mäta dess position vid två olika tillfällen?
De mäter om ljuset från stjärnan är förskjutet mot högre frekvens, blåförskjutning, eller lägre frekvens, rödförskjutning, jämfört med det ljus samma grundämnen sänder ut i ett laboratorium på jorden. En blåförskjutning visar att stjärnan rör sig mot oss, en rödförskjutning att den rör sig bort, helt utan att behöva vänta på att se stjärnan byta position.
Ur kursplanen
- Fysik nivå 2 · Krafter och rörelse
Vågrörelser och deras utbredning samt brytning, diffraktion och interferens. Stående vågor och resonans. Tillämpningar inom akustik.
- Fysik nivå 2 · Universum, materien och strålning
Metoder för undersökning av universum. Elektromagnetisk strålning från stjärnor och interstellära rymden.
Källa: Skolverket, centralt innehåll.
Hänger ihop med
Bygger på
Leder vidare till
Träna vidare – gratis
Det här ämnet har inga egna träningsuppgifter än. De här närliggande ämnena har lösta exempel och uppgifter som anpassar sig efter dig: