ドップラー効果１　～音源が動いたり風があるとどうなるの～

> Slow ) || >| 1 s >| 　 t = 0 　　波長表示 　振動数表示 　速度ベクトル表示
音源の振動数 f: 　音源の速度 vs: 　風の速度 vw:

説明：
音源が動く場合や風がある場合のドップラー効果についての理解を深めるためのページです。
　中央におんさのかたちの音源(Sound source)，左右に観測者(Obsever)を配置しています。「 > 」のスタートボタンで，音源からは振動数 f で球面波の波面が次々に発生します。波面は基本は青い円で表示されますが 1 s 毎に赤い円で表示され，1 s 間に振動数の数だけの波面が生じることがわかるようにしています。音源が動くことで，新たに生じる球面波の中心が移動し，隣り合う波面の間隔（波長）が変化するようすがわかります。また，風があり音を伝える媒質の空気が一様に動く場合についても試すことができます。
　音源の振動数や速度，風の速度をいろいろ変えて試してみながら，波長の変化や観測される音の振動数についての理解を深めましょう。
（ヒント）「速度ベクトル表示」をチェックして，「 1 s >| 」の 1 s ステップ進行で波面を発生させ，表示された図から波長がどのように求められるかを考えてみましょう。
（注意１）音速 V は音の速度の大きさ（速さ）を表しており，340 m/s などのように常に正の値としています。そのため x 軸の正の向きに進行する音の速度は V ですが，負の向きに進行する場合は - V と表しています。一方，音源の速度 vs は正負で向きも表す量（速度）で，負の値のときに x 軸の負の向きに速さ |vs|（絶対値）で進行することを表し - |vs| とも書けます。したがって，例えば音源が負の向きに進む場合の V - vs は V + |vs| という意味であることに注意しましょう。風の速度 vw も同様です。
（注意２）音源から右向きに発生する波の波長を λ' ，左向きに発生する波の波長を λ'' と表記しています。左右の観測者が観測する振動数 f'，f'' を求める式に λ' ， λ'' が現れますが，これらの波長は観測者の位置での波長ですので，音源での波長の変化が観測者の観測する振動数の変化に反映されるまでに時間差が生じます。

●「 > 」：スタート（実時間），「 Slow ) 」：スロー（時間進行５分の１），「 || 」：ストップ，「 >| 」：0.05 s ステップ進行，「 1 s >| 」：1 s ステップ進行，「 t = 0 」：時間リセットです。これらのボタンで時間進行をコントロールできます。
●「音源の振動数 f」のスライドバーで，音源の振動数を Hz 単位で変えることができます。初めの値は 5 Hz で，1 Hz から 10 Hz の範囲で変えることができます。
●「音源の速度 vs」のスライドバーで，音源の速度を変えることができます。右向きが正で左向きが負の値となります。初めの値は音速 V の 0.4 倍で 0.4 V です。-1.2 V ~ 1.2 V の範囲で変えることができます。
●「風の速度 vw」のスライドバーで，風の速度を変えることができます。右向きが正で左向きが負の値となります。初めの値は 0 で風のない状態で，-0.5 V ~ 0.5 V の範囲で変えることができます。風による空気の運動は，風船の動きからわかります。
●「波長表示」のチェックボックスで，音源から発せられる波の波長が，音源が動いていないときの波長 λ の何倍かで表示されます。音源に対して右左両方の進行波について表示されます。
●「振動数表示」のチェックボックスで，観測者が受け取った波の振動数が，音源の振動数 f の何倍かと Hz 単位の両方で表示されます。右左両方の観測者について表示されます。
●「速度ベクトル表示」のチェックボックスで，波の進行速度（赤），音源の速度（青），風の速度（水色），波と音源の速度の差のベクトル（黄）が表示されます。ベクトルの長さは 1 s あたりの距離となるように描いています。波と音源の速度の差のベクトルの長さに振動数と同じ数の波面があることから，ドップラー効果による波長の変化や，ドップラー効果の式の成り立ちを理解することができます。

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