Toolyard

Симулятор эффекта Доплера

Уравнения этой модели

f = f₀ × (c + v_o) ÷ (c − v_s cos θ)
f₀Частота источника f₀ (Гц)высота звука сирены и то, что слышит водитель
cСкорость звука c (м/с)343 м/с в воздухе при 20 °C, 331 при 0 °C; 1480 в воде
v_sСкорость источника v_s (м/с)30 м/с — это 108 км/ч
v_oскорость слушателя к источникуздесь 0: слушатель стоит на месте
θугол между движением источника и линией на слушателяберётся в момент, когда был испущен приходящий сейчас звук; 0° — прямо на слушателя, 180° — прямо от него
fчастота, которую слышит слушательвыше, пока источник приближается, равна f₀ в ближайшей точке, ниже, когда он удаляется

При текущих значениях:

λ_front = (c − v_s) ÷ f₀, λ_back = (c + v_s) ÷ f₀
λдлина волны перед источником и позади негогребни сжаты спереди и растянуты сзади; нарисованные окружности — один гребень из нескольких десятков

При текущих значениях:

M = v_s ÷ c, sin α = 1 ÷ M
Mчисло Махавыше 1 источник обгоняет собственный звук
αполуугол конуса Махавсе волновые фронты собираются на этом конусе; когда он проходит мимо слушателя, тот слышит звуковой удар

При текущих значениях:

Как пользоваться симулятором эффекта Доплера

  1. Машина с сиреной едет по дороге мимо слушателя. Каждые несколько десятков гребней звука рисуются окружностью, расходящейся от места, где была машина, когда их испустила; перед машиной окружности теснятся, позади — расходятся.
  2. Читайте частоту, которую слышит слушатель, и сдвиг в полутонах, пока машина приближается, проезжает и удаляется. Отметьте «Воспроизвести то, что слышит слушатель», чтобы услышать знакомое падение высоты; график показывает частоту в зависимости от положения машины, а Конвертер скорости переводит скорости в км/ч или мили в час.
  3. Поднимите скорость источника выше скорости звука. Окружности больше не могут обогнать машину и собираются на конусе — конусе Маха; слушатель ничего не слышит, пока конус не пройдёт через него, а затем слышит сразу и приближающийся, и удаляющийся звук: звуковой удар.

Частые вопросы

Что такое эффект Доплера?

Изменение частоты, которую вы слышите, когда источник волны и вы движетесь друг относительно друга. Когда источник приближается, каждый гребень испускается чуть ближе предыдущего, поэтому они приходят сжатыми, и высота выше; когда удаляется — растянутыми, и высота ниже. Сам источник частоту никогда не меняет.

Какая формула Доплера?

f = f₀ × (c + v_o) ÷ (c − v_s cos θ), где f₀ — испускаемая частота, c — скорость звука, v_s — скорость источника, v_o — скорость слушателя к источнику, а θ — угол между движением источника и линией к слушателю в момент испускания звука. При лобовом движении и неподвижном слушателе f = f₀ c ÷ (c − v_s) при приближении и f₀ c ÷ (c + v_s) при удалении.

Почему высота резко падает, когда машина проезжает мимо?

Потому что угол θ поворачивается почти от 0° почти до 180° в тот момент, когда машина проходит ближе всего. Чем ближе вы стоите к дороге, тем быстрее поворот и резче падение; вдали от дороги высота сползает плавно.

Что вызывает звуковой удар?

Источник, движущийся быстрее звука, обгоняет собственные волны. Все испускаемые им фронты собираются на поверхности конуса позади него с полууглом α, где sin α = c ÷ v_s. Конус несёт резкий скачок давления, и когда он проходит через вас, этот скачок и есть удар; он сопровождает самолёт всё время, а не только в момент преодоления звукового барьера.

Пишет, что WebGL выключен.

Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.

Загружается ли что-нибудь?

Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.

Ещё симуляции по физике

Ещё научные симуляции

Симулятор орбитСимулятор рассеяния РезерфордаСобытие в коллайдереСимулятор радиоактивного распадаСимулятор атома Бора3D-просмотр молекулСимулятор идеального газаСимулятор диффузии и осмосаПросмотр сворачивания ДНК и РНКСимулятор роста бактерийСимулятор центрифугиСимулятор кривой титрованияСимулятор скорости реакции и теории столкновенийСимулятор химического равновесия (Ле Шателье)Симулятор гальванического элемента и электролизаСимулятор кривой нагревания и фазовых переходов3D-просмотр атомных орбиталейСимулятор буферовСимулятор хроматографииСимулятор спектрофотометра и закона Бугера — Ламберта — Бера3D-просмотр кристаллических решётокСимулятор ферментативной кинетикиСимулятор потенциала действияСимулятор ПЦРСимулятор естественного отбора и популяционной генетикиСимулятор сердца и сердечного циклаСимулятор гель-электрофорезаСимулятор митоза и мейозаСимулятор синтеза белка: транскрипция и трансляцияСимулятор фотосинтеза и лимитирующих факторовСимулятор популяций хищников и жертвСимулятор распространения эпидемии: SIR и SEIRСимулятор времён года и продолжительности дняСимулятор тектоники плит и землетрясенийСимулятор фаз Луны, приливов и затменийСимулятор парникового эффектаСимулятор эволюции звёзд и диаграммы Герцшпрунга — РасселаСимулятор доски ГальтонаСимулятор рядов Фурье

Похожие калькуляторы и инструменты