Immagina di essere un autista di ambulanze e di guidare ad alta velocità lungo le strade di una grande città piena di macchine. Ora immagina di essere una delle persone sul marciapiede. Sei in piedi all'incrocio e stai aspettando il momento in cui puoi attraversare la strada. Ma prima devi saltare l'ambulanza da corsa.
Il ruggito della sua sirena viene udito da lontano. Ma la cosa strana è che più una macchina con una croce rossa si avvicina, più alto diventa il suono di una sirena. Quando l'auto inizia ad allontanarsi, la stessa cosa si ripete, ma viceversa. Mentre l'auto si allontana, il suono della sirena diventa sempre più basso fino a quando scompare completamente. Allo stesso tempo, il conducente dell'ambulanza non nota alcun cambiamento. Per lui, la qualità del suono non cambia.
Ma un osservatore esterno sente come il tono aumenta e come quindi la tonalità diminuisce con la distanza. Le onde sonore si propagano nell'aria allo stesso modo delle onde del mare sulla superficie dell'acqua.
Quindi cosa succede davvero. Chi sta ascoltando bene? Un autista o un pedone? Il tono della sirena cambia? Entrambi hanno ragione. Più precisamente, nessuno si sbaglia: sia il guidatore che il pedone sentono esattamente ciò che dovrebbero sentire. La differenza nella percezione è dovuta all'effetto Doppler. Ciò che sentiamo come suono sono in realtà le onde che si propagano nell'aria.
La sirena fa vibrare le molecole d'aria. Le onde sonore si propagano nell'aria allo stesso modo delle onde del mare sulla superficie dell'acqua.Un'onda è una regione di rarefazione, che diventa quindi una regione di compressione. Il processo si ripete più volte in un secondo e si diffonde. Questa è l'onda sonora. Più vicine sono le stesse sezioni delle onde, maggiore è il suono, ovvero maggiore è la sua frequenza.
Nel nostro caso, quando l'onda "veloce" si avvicina, le onde sonore si avvicinano l'una all'altra per il pedone, perché la velocità di movimento dell'auto e del suono si sommano. Minore è la distanza tra le onde sonore, maggiore è la frequenza e maggiore è il tono del suono. Con la rimozione della macchina, la distanza tra le onde con l'aumentare della distanza diventa sempre più, cioè la frequenza diminuisce gradualmente e il suono diminuisce. Le persone in macchina e la fonte sonora sono immobili l'una rispetto all'altra. Pertanto, non si verificano cambiamenti nella tonalità. Per ascoltare i cambiamenti di tonalità, l'ascoltatore e la sorgente sonora devono spostarsi l'uno rispetto all'altro.
Effetto Doppler non solo nelle onde sonore
Prendi le onde luminose come esempio. Se fosse installata una lampada gialla anziché una sirena su un'ambulanza, quando si avvicina l'osservatore, lo spettro della lampada si sposterà sul lato blu e, quando rimosso, su quello rosso. Con i soliti fenomeni che ci circondano, i tassi di spostamento sono relativamente bassi, quindi non notiamo cambiamenti nello spettro della luce. Ma se la velocità dell'ambulanza si stesse avvicinando alla velocità della luce o comparabile con essa, noteremmo i cambiamenti desiderati.
La frequenza è il numero di creste ondulate che hanno attraversato un punto specifico in un secondo. Maggiore è la frequenza, maggiore è la tonalità del suono o più blu diventa la luce.L'autista in questo caso vedrebbe una luce gialla costantemente cadere sulla strada. Ma una macchina in movimento comprimerebbe le onde di fronte a sé e gli osservatori che erano immobili mentre si avvicinavano a una fonte di luce avrebbero visto uno spostamento dello spettro luminoso verso il lato blu ad alta frequenza. Mentre l'auto si allontana, l'osservatore noterà il colore della torcia tornare dal blu al giallo. A poco a poco, questo colore si trasformerebbe in rosso, scomparendo all'orizzonte.
