Doppler-Effekt
Über diese App
Der „Krankenwagen-Effekt" sichtbar gemacht: Eine bewegte Schallquelle staucht die Wellenfronten vor sich (höhere Frequenz) und dehnt sie dahinter (tiefere). Zwei Beobachter zeigen die empfangene Frequenz f′; jenseits der Schallgeschwindigkeit bildet sich der Mach-Kegel. Nicht die Lautstärke ändert sich, sondern die Tonhöhe — optional hörbar.
Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.
Warum sich die Tonhöhe ändert
Eine Schallquelle sendet Wellenfronten in gleichen Zeitabständen aus, die sich mit der Schallgeschwindigkeit c kreisförmig ausbreiten. Bewegt sich die Quelle mit der Geschwindigkeit v, liegen die Fronten vor ihr dichter und hinter ihr weiter auseinander. Ein ruhender Beobachter hört deshalb vorne eine höhere und hinten eine tiefere Frequenz: f′ = f · c / (c ∓ v), mit Minus beim Annähern und Plus beim Entfernen.
Was die App zeigt
Eine Quelle bewegt sich und sendet sichtbare Wellenfronten aus. Zwei Beobachter, einer vorne und einer hinten, zeigen die empfangene Frequenz f′, dazu die Quellfrequenz f und die Mach-Zahl v/c. Quellgeschwindigkeit und Quellfrequenz stellst du per Regler ein. Auf Wunsch wird der Ton für beide Beobachter hörbar, bei konstanter Lautstärke, sodass nur die Tonhöhe sich unterscheidet.
Überschall und Mach-Kegel
Schiebe v über die Schallgeschwindigkeit: Die Quelle überholt ihre eigenen Wellenfronten, die Kreise schieben sich zu einer kegelförmigen Einhüllenden zusammen, dem Mach-Kegel mit sin θ = c/v. Der vordere Beobachter empfängt dann keinen Ton, bis der Kegel ihn erreicht. Dort treffen viele Fronten gleichzeitig ein; das ist der Überschallknall. Bei v = c liegen alle Fronten vorne genau aufeinander.
Häufige Fragen
- Was ist der Doppler-Effekt?
- Der Doppler-Effekt ist die Änderung der wahrgenommenen Frequenz einer Welle, wenn sich Quelle und Beobachter relativ zueinander bewegen. Nähert sich die Quelle, ist der Ton höher, entfernt sie sich, ist er tiefer. Bekanntes Beispiel ist das Martinshorn eines vorbeifahrenden Krankenwagens.
- Wie lautet die Formel für den Doppler-Effekt bei bewegter Quelle?
- Für einen ruhenden Beobachter und eine bewegte Quelle gilt f′ = f · c / (c − v) beim Annähern und f′ = f · c / (c + v) beim Entfernen. Dabei ist f die ausgesendete Frequenz, c die Schallgeschwindigkeit und v die Geschwindigkeit der Quelle.
- Wird der Ton beim Doppler-Effekt lauter oder höher?
- Der Doppler-Effekt ändert die Tonhöhe, nicht die Lautstärke. Dass eine nahende Quelle auch lauter wird, liegt am kleineren Abstand und ist ein eigener Effekt. Beim Vorbeifahren springt die Tonhöhe von hoch nach tief, während die Lautstärke gleichmäßig zu- und abnimmt.
- Was zeigt die Simulation?
- Sie zeigt die Wellenfronten einer bewegten Schallquelle, die empfangene Frequenz für einen Beobachter vorne und hinten sowie den Mach-Kegel bei Überschall. Geschwindigkeit und Frequenz sind einstellbar, und der Ton lässt sich anhören.
Fach: Schulphysik
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