ドップラー効果のわかりやすい解説!救急車に応用!光で計測できる!

ドップラー効果という現象がありますが、
これはどういったことが起きている現象なのでしょう?

よく救急車が通り過ぎる時に起きる音の変化を例に解説されますが、
イマイチ理解出来ないんですよね。

また、ドップラー効果というのは、
音の変化だけではなくにも適用されます。

ただ、
音や光といったなかなか理解しにくいものを例に
ドップラー効果と言われても、
なかなか難しく、理解するのは挫折したという人も多いはず。

そこで、今回は
そんなドップラー効果を優しく解説したいと思います。

諦めた方もこれから学ぶ方もぜひ参考にしてみて下さい。

ドップラー効果のわかりやすい解説

geralt / Pixabay

ドップラー効果ですが、
簡単に言ってしまえば、

「自分と音や光が動いている時、止まっている時と比べて音や光が異なる」

です。

非常にざっくりとした解説ですが、
これを理論として理解しようとすると、
実は非常にやっかいです。

それは、
波という概念を理解する必要があるからです。
(※そういうのはパス!という人は次の項で具体例を用いてますので進んじゃいましょう(笑))

まず、混乱を恐れずに
ドップラー効果がどんなものかを書くと・・・

「波の発生源と観測者の相対的な速度の変化によって、周波数が異なる形で観測される効果」

このようになります。

この文章を読んだだけでアレルギーが出てしまうようであれば、
やっぱり飛ばして次の項に進んでもらってOKです。

では、そのまま解説を進めるとして、
この文章の中の波ですが、
ここでは音や光のことを指してもらっていると捉えて良いです。

音や光というのは、
その性質などを数値として表す時に波という概念で捉えられ、
様々な形で表現されます。

つまり、
波の発生源というのは、
音や光の発生源と言い変えることも出来るのです。

こちらのほうが理解しやすい人もいるかもしれませんね。

更に「観測者の相対的な速度」ですが、
ここでの観測者は自分だと思って考えてみましょう。

相対的な速度というのは、
音や光の発生源との速度の差です。

例えば、
発生源が自分のほうへ近づいてくる時に自分が止まっているのであれば、
その時の速度っていうのは、発生源の速度そのままになります。

では、この時、
発生源の速度はそのままで
自分が発生源から遠ざかる方向へ動いているとしたらどうなるか?

相対的な速度としては、
自分が発生源から逃げている形となるので、
ゆっくり近づくと考えます。

反対に自分が発生源に向かって動いているとしたら、
相対的な速度としては、早く近づくと考えることが出来るのです。

発生源が遠ざかる時も同様で、
自分が離れていけば、より早く遠ざかることとなり、
自分が追いかけていれば、ゆっくり遠ざかることになります。

「相対的な」
という言葉が付くとイマイチ理解しにくくなりますが、
要は自分が止まっている時と比べて、
発生源とより早く近づいているか、
ゆっくり近づいているか、
早く遠ざかっているか、
ゆっくり遠ざかっているかと
という4つのケースを考えているということになります。

では、ここで一旦整理すると、
ドップラー効果というのは、

「音や光の発生源と自分が近づいたり、遠ざかったりすることで、周波数が異なる形で観測される効果」

このように言いかえることが出来ました。

それでは、周波数が異なる形というものですが、
これは音や光の状態が変わると捉えてもらってOKです。

周波数という言葉が出てきましたが、
これも先ほどの波同様に音や光の性質を表す時に使う考え方で、
波と密接な関係があります。

ここではその関係については省略しますが、
周波数が変わる、つまり音や光の状態が変わるというのは、
音の音程や光の色などが変わるということになるのです。

なので、もう一度、
ドップラー効果について整理すると・・・

「音や光の発生源と自分が近づいたり、遠ざかったりすることで、音の音程や光の色が異なって観測される効果」

と言うことが出来ます。

ここまで来ると
最初のドップラー効果からは、
だいぶ理解しやすくなったのではないでしょうか。

ただ、まだまだイメージが湧かないという人もいると思うので、
次の項からは具体的な例を用いて解説していきたいと思います。

 

救急車のドップラー効果

StockSnap / Pixabay

前の項を読んで頂いた方も
挫折してここからという方も、

次からは
具体的な事例を元に
ドップラー効果を考えてみたいと思います。

ここでは
「ドップラー効果と救急車について」です。

道を歩いていたりすると、
サイレンとともに救急車がやってくるシーンに出くわしたことは、
誰もが一度や二度はあるかと思います。

救急車のサイレンと言えば、
ピーポーピーポーというのが定番ですが、
よく聞いてみると
ピーポーピーポーという音は
音程が高かったり、低かったりしています。

何となく聞いていると分かりにくいかもしれませんが、
救急車がこっちに向かってくる時は音程が高く、
遠ざかっていく時は音程が低くなっていきます。

この音程が変わる現象がドップラー効果となります。

これを利用すると
音から救急車が近づいてくるかいち早く気付くことが出来るようになります。

サイレンの音程が高くなっているようであれば近づいてきている証拠で、
低くなっていくようであれば遠ざかっているという形です。

何となく感覚的に理解して利用しているという人もいたりしますが、
そこにはドップラー効果という現象が隠されていたわけです。

 

光とドップラー効果

danielsampaioneto / Pixabay

ドップラー効果を理解する上で
救急車というのは1つの便利な例ですが、
同様に用いられるのがとドップラー効果です。

光のほうは
身近な例がないために少しイメージしにくいのですが、
音の時と同様に変化します。

光の場合は何が変化するかというと、そのです。

光も性質によって赤や青という形で色があるわけですが、
それがドップラー効果によって変化するのです。

光が近付いてくるならより青く、
遠ざかっていくならより赤くといった形です。

そして、
こういった現象を利用しているのが、宇宙の研究になります。

地球から遠く離れた天体について調査をする時、
光について計測し、
このドップラー効果を利用することによって、
どう移動しているか理解することが出来るのです。

天体が離れていっているなら赤く、
近づいて来ているなら青くといった形です。

実は宇宙を研究するに当たり、
ドップラー効果というのは非常に重要な役目を果たしているのです。

 

ドップラー効果の問題点

freeGraphicToday / Pixabay

日常の音や光といったところで起きるドップラー効果ですが、
実はちょっとした問題点もあります。

それは、
「他の影響も加味しなければ正確には使えない」
ということです。

例えば、
音のドップラー効果について考える時、
速度だけの影響を捉えれば良いかというと、
そうではありません。

実際には
風が吹いたり、遮蔽物(しゃへいぶつ)があったりするため、
そういったものの影響を捉える必要があるのです。

例えば、
そこが風も吹かず、障害物も何もない、
まっさらな土地であれば、
特に大きな問題はないでしょう。

しかし、
そういった土地はなかなかありませんよね。

これは光の時も同様で、
ドップラー効果で何かを算出しようとした時、
他にも様々な要因を捉えなければならないのです。

 

まとめ

eroyka / Pixabay

今回、ドップラー効果について解説しました。

身近なところでは、
救急車のサイレンや光の色と大きく関係しています。

次に救急車に出会った時は、ぜひその音をよく聞いてみて下さい。

音程が高くなったり、低くなったりするはずです。

そして、
それをもたらしているのがドップラー効果だということを
思い出してみて下さいね。

 

 

 

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