線路のそばで近づいてくる電車の警笛を聞くとき,電車が通り過ぎると急に音が低くなる。また電車に乗っていると,前方の踏切の警報機の音が,それを通り過ぎるとたんに低くなり,すれ違う電車の警笛の音も同様である。これらは日常しばしば経験することであるが,このように音源と観測者との一方,または両方が運動しているとき,観測者の聞く音の高さ(すなわち振動数)が変化する現象をドップラー効果という。1842年オーストリアの物理学者J.C.ドップラーが,二重星の光に関して,星の運動方向と色の変化(色の変化は振動数の変化による)を論じたのが発見の最初である。
静止している観測者に向かって,振動数f0(Hz)の音を発する音源が速さvs(m/s)で近づいてくる場合を考えよう。音の速さはv(m/s)とする。ある瞬間に音源から送り出された音波の山は1秒の間にvだけ進む。この間に音源もvsだけ進み,その間にf0個の音波の山を送り出す。したがって音源の進む方向ではv-vsの間に波の山がf0個あることになるので,波長はλ1=(v-vs)/f0となり,音源が静止している場合より短くなる。しかし波の進む速さは変わっていないので,観測者にとってその音の振動数は,となる。すなわち,振動数が増えたことになり,実際の音源より高い音として聞こえる。音源が遠ざかる場合は,となる。
次に,音源が静止していて,これに向かって観測者がvO(m/s)の速さで近づく場合を考える。音源が静止しているので空間を進む音波の波長は変化せず,λ=v/f0である。しかし運動している観測者に対して波の山は速さv+vOで近づいてくる。その結果,観測者にとって波の振動数は,となる。音源も観測者も動く場合には,音源から観測者に向かう向きを正として速さvs,vOの符号をとると,上の二つの式を組み合わせて振動数は,となる。
ドップラー効果は,音に限らずすべての波動現象に見られる。ただし光の場合には光速が非常に速いため,通常,ドップラー効果の影響はきわめてわずかであり,光源と観測者の相対速度が光速に比較できるほど十分に速い場合のみ観測される。星や星雲の中には,地球に対して視線方向に非常に大きな相対速度で遠ざかりつつあるものがあり,そのスペクトルを精密に観測すると,特定の原子の線スペクトルがドップラー効果によって赤の側(長波長側)にずれていることがわかる。これを赤方偏移といい,そのずれの大きさから,その星と地球の間の視線方向の相対速度を求めることができる。
マイクロ波のドップラー効果は航空機や自動車の速さの測定に応用されている。またレーザー光のドップラー効果を利用して,液体の流速を測定するドップラー流速計も実用化されている。
執筆者:有山 正孝
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(尾関章 朝日新聞記者 / 2007年)
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…35年にはアメリカ移住を決意してミュンヘンまでいったが,結局プラハの州立中等学校の数学と会計学の教授職につき,その後41年には,プラハの国立工業大学に移り,基礎数学と実用幾何学の教授となった。42年に,《二重星と若干の他の天体の色光について》と題する論文を発表し,その中で観測される波の振動数が,波の伝搬する媒体に対する波源の運動や観測者の運動に関係すること,すなわちドップラー効果の存在を明らかにし,さらに46年の論文では,波源と観測者双方が同時に運動する場合へ拡張した。音に関するドップラー効果の検証は,1845年にオランダのバイス・バロットChristoph Hendrik Diederik Buys‐Ballot(1817‐90)がユトレヒトで,トランペッターをのせた機関車を使用して行った。…
…この電磁波によって単位時間,単位面積当りに運ばれるエネルギーの流れはポインティングベクトルで表される。
[ドップラー効果]
観測者と波源とが互いに近づく向きに運動しているとき,振動数が本来のものより大きく観測され,逆に互いに遠ざかる向きに運動しているときは小さく観測される。この現象も波動に特有のものでドップラー効果と呼ばれる。…
※「ドップラー効果」について言及している用語解説の一部を掲載しています。
出典|株式会社平凡社「世界大百科事典(旧版)」
カスタマー(顧客)とハラスメント(嫌がらせ)を組み合わせた造語「カスタマーハラスメント」の略称。顧客や取引先が過剰な要求をしたり、商品やサービスに不当な言いがかりを付けたりする悪質な行為を指す。従業...
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