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Doppler-Effekt

Was ist die Entdeckung von Doppler?

Christian Doppler überlegte die Folgen, wenn sich der Sender und der Empfänger der Welle gegeneinander bewegen. Er sagte 1842 voraus, daß bei Annäherung eine höhere Frequenz, bei Auseinanderbewegung eine tiefere Frequenz zum Empfänger gelangt.

Wie wirkt sich Bewegung am Meer bei Wellengang aus?

a) Was geschieht, wenn ein Surfer oder Boot vom Ausgangspunkt der Wellen wegfährt? Ein Wellenreiter schafft es eine Zeitlang, knapp vor einem Wellenberg zu bleiben! Dazu muß seine Geschwindigkeit gleich groß wie die der Wellen sein. Ist er langsamer, holen ihn wenige Wellen ein. Die Frequenz ist beim Empfänger kleiner als beim Sender.

b) Was geschieht, wenn man gegen die Wellen fährt? Die Wellen treffen häufiger auf, die Frequenz ist beim Empfänger größer als beim Sender.

Wie wirkt sich Bewegung bei Schallquellen aus?

Das erste Experiment, das den Dopplereffekt bewies, wurde 1845 durchgeführt. Musiker auf offenen Eisenbahnwagen und Musiker neben den Schienen spielten gleich hohe Töne. Jede Gruppe hörte die Töne der anderen beim Näherkommen bis zu einem halben Ton höher, beim Wegfahren tiefer!

Ein Feuerwehrauto oder ein Rennwagen fahren an uns vorbei. Genau in dem Moment, in dem der Wagen an uns vorbeifährt, werden der Hupton und das Motorengeräusch merklich tiefer.

Ein Zug fährt am Bahnschranken mit Läutsignal vorbei. Im Augenblick des Vorbeifahrens wird das Läuten plötzlich tiefer. Der Effekt ist bei Bewegung des Schallempfängers der gleiche, muß aber anders berechnet werden.

Berechnung:

Wir können die Frequenz aus Geschwindigkeit durch Wellenlänge berechnen:

f = v / l
oder für Wellenlänge eingesetzt: l = v / fS

fE = fS (v - vE) / (v - vS)

a) Bewegt sich der Empfänger zum Sender, so vergrößert sich die relative Geschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger.
Bewegt sich ein Zug mit 36 m/s zu einem Schranken, der mit 200 Hz läutet, so hört der fahrende Beobachter den Ton mit
fE = 200 Hz (330 + 36 ) / (330 - 0) = 222 Hz

b) Bewegt sich der Sender zum Empfänger, so verkürzt sich die Wellenlänge um den Weg, den die Quelle während einer Periodendauer zurücklegt.
Bewegt sich ein hupendes Auto (f = 200 Hz) mit 36 m/s zum ruhenden Beobachter, so hört der den Ton mit
fE = 200 Hz (330 - 0) / (330 - 36) = 224,5 Hz
Der Empfänger hört den Ton ziemlich genau einen ganzen Ton höher!

Für elektronische Orgeln wurde zur Verbesserung des starren Klangs der Lesley-Lautsprecher oder Drehlautsprecher erfunden: Über dem Tieftonlautsprecher rotiert eine auf einer Seite offene Haube, darüber drehen sich zwei Hochtonlautsprecher. Einen Teil der erzeugten Effekte kann man heute rein elektronisch nachmachen. Die Frequenzverschiebung, das Höher- und Tieferschwingen, kann dabei langsam (1-2 Hz) oder schnell (7-10 Hz) geschaltet werden.

 

Christian Doppler Forschungs- und Gedenkstätte
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