あなたがのファンで、どのエピソードも見逃さない人なら、シェルドンがドップラー効果の仮装をして、ペニーが主催する仮装パーティーに行ったときのことを覚えているかもしれません。オタクはその服装が何を意味するのかをブロンドに説明しようとさえし、それは「波の発生源と観測者の間の相対的な動きによって引き起こされる波の周波数の明らかな変化」だと言いましたが、理解できますか？説明？
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この奇妙な効果は、オーストリアの物理学者クリスチャン ヨハン ドップラーによって最初に説明され、それがこの現象の名前の由来となっており、静止した観察者が移動する音源から発せられる音の周波数を知覚する方法に関連しています。ご存知のとおり、音波は物体の振動によって生成され、特定の音の音色は 1 秒間に物体が振動する回数によって決まります。
したがって、振動が速いほど、生成される音は大きくなり、つまり甲高くなります。逆に、振動が遅いほど、音は低くなります（または大きくなります）。ただし、ドップラー効果を理解するには、発信源が動いているときに波がどのように動作するかを理解することも必要です。
したがって、音波を発する物体が静止している場合、伝播は対称的に発生し、音の周波数に目立った変化を示さずに一定の速度で音源から遠ざかります。
しかし、音波を発する物体が特定の方向に移動すると、その直前の空気が圧縮されます。このように、移動体から発せられた音波は物体の前方に蓄積され、後方よりも前方の方が音の周波数が高く感じられます。
救急車ええやん…
さて、救急車が近づいてきたと想像してください。車両が近づくにつれて、私たちはサイレンの音をより鋭く感じます。しかし、救急車が通り過ぎるとすぐに、その口調はより深刻で低いものになります。クラクションを鳴らしながら追い越していく車も同様です。これがドップラー効果です！
したがって、救急車が「聞き手」に近づくと、車両の前方で音波がさらに圧縮され、サイレンの音の周波数が増加します。そして、救急車が観察者の前を通過するとすぐに音波が広がり、聴取者はサイレンの周波数が低下したことに気づきます。この現象をよりよく理解するには、Robert Krampf が作成した以下のビデオをご覧ください。
超音速飛行機
しかし、音源が音速に近い速度、つまり毎秒 340 メートルで伝わるとどうなるでしょうか?たとえば、超音速飛行機について考えてみましょう。波は航空機の機首の同じ点に集中し、圧力障壁を形成し、航空機を破壊する可能性もあります。
物体が航空機内で音速の壁、つまり超音速を超えると、波は取り残され、何も聞こえなくなります。パイロットの声は飛行機の速度に影響されないため、客室内にいても空気やエンジンの騒音は聞こえず、乗務員が発する通常の騒音だけが聞こえます。
しかし、静止している観察者は、飛行機がこの圧力障壁を通過するまさにその瞬間に、機首に集中して大きな衝撃音が聞こえることに気づくでしょう。この操作は、窓を割ったり、建物に軽度の構造的損傷を与える可能性のある強い衝撃波を引き起こすため、都市や建物の近くでは禁止されています。
ドップラー効果についての好奇心
しかし、ドップラー効果は、救急車のサイレンが私たちの前を通過した後にどのように迷惑でなくなるかを説明するためのもの、または面白い空想に変化するためのものであると考えている場合は、残念ながらそれが間違っていることをお知らせします。それをチェックしてください：
- ドップラー効果に基づいて電磁波を測定して天気を予測する気象レーダーがあります。
- 天文学者は、光の周波数の偏差を観察した後、この現象を利用して新しい惑星や連星を発見し、さらには宇宙の他の天体の速度を測定します。
- 心エコー図は超音波とドップラー効果を組み合わせて、心臓専門医が心臓の構造を視覚化できるようにします。