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ドップラー効果 ドップラーこうか Doppler effect

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ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典の解説

ドップラー効果
ドップラーこうか
Doppler effect

波を発生している波源とそれを観測しているもののどちらか一方,あるいは両方が動いていると波の振動数がずれて観測される現象。たとえば,近づいてくる救急車の警笛は実際より高く聞こえ,遠ざかる場合は低く聞こえる。

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知恵蔵2015の解説

ドップラー効果

波の発生源に対して動いている人には、波の振動数がずれてみえること。振動数は、発生源に近づく時は大きく、離れる時は小さくなる。救急車の音が追い抜かれる前は高く、抜かれた後は低く聞こえることで実感できる。19世紀半ば、C.J.ドップラー(オーストリア)が解明した。

(尾関章 朝日新聞記者 / 2007年)

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朝日新聞掲載「キーワード」の解説

ドップラー効果

救急車のサイレン音は、近づいて来る時に高くなり、遠ざかって行く時は低くなる。このように、音波や電波などは発生源が向かって来ると波長が短くなり、離れて行くと長くなる性質がある。これをドップラー効果と呼ぶ。気象用のドップラーレーダーは、雨雲に向けて電波を送り、返ってくる電波の波長の変化で雨粒の動きを測り、雨雲周辺の風の様子を調べている。

(2006-12-01 朝日新聞 夕刊 科学1)

出典|朝日新聞掲載「キーワード」
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デジタル大辞泉の解説

ドップラー‐こうか〔‐カウクワ〕【ドップラー効果】

波源と観測者とが互いに近づくときは波長が縮み、互いに遠ざかるときは波長が伸びて観測される現象。1842年、ドップラーが光について発見、のち音についても指摘した。

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百科事典マイペディアの解説

ドップラー効果【ドップラーこうか】

光や音などの波の振動数が波源や観測者の運動によって変化して観測される現象。1842年ドップラーが発見。一直線上を波源と観測者が媒質に対して速度v,v′で動くとき,波源の振動数をn,観測者が観測する振動数をn′,媒質に対する波の速さをaとすれば(式1)したがって波源と観測者が近づくときもとの振動数より大きく(音なら高く),遠ざかるときは小さく(同じく低く)観測される。
→関連項目アルゴス・システム近接信管シュタルク速度計フィゾー流速計流量計

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法則の辞典の解説

ドップラー効果【Doppler effect】

音源と観測者の間の相対運動がある場合,観測者には静止の場合とは異なった波長,振動数が観測される.発信源と観測者が近接する場合には振動数は増加し,遠ざかる場合には振動数は低下する.これは1842年にオーストリアのドップラー(J. C. Doppler)が提案したものである.3年後の1845年にオランダボイス・バロットが実験的に証明した(彼は貨物列車トランペット奏者をのせ,絶対音感をもっている人間を何人も集めて音のずれを観測させ,実験的な証明を行ったという).

光のドップラー効果は,光源と観測者との相対運動に基づくもので,シリウススペクトルについて1868年に観測されたのが最初といわれている.遠ざかる方向へ移動する光源からのスペクトル線は波長の長いほうにシフトして観測される(赤方偏倚*).これをもとに遠距離銀河系の移動速度と距離との関係が求められた(ハッブルの法則*).

光のドップラー効果において,相対性理論に従うと,互いに v なる速度で移動する任意の二つの座標系 SS′ において測定された振動数 ν,ν′ に対して

となる.ここで u は波動の位相速度,φ は光波の進行方向と観測者の移動方向とのなす角度である.

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世界大百科事典 第2版の解説

ドップラーこうか【ドップラー効果 Doppler effect】

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。

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大辞林 第三版の解説

ドップラーこうか【ドップラー効果】

音波などの波源と観測者との一方または双方が媒質に対して運動しているとき、観測者が測定する波動の振動数が静止の場合と異なる現象。オーストリアの物理学者ドップラーが発見。波源と観測者が近づけば振動数は高く、遠ざかれば低くなる。光の場合、両者の相対速度だけで振動数の変化が決まる。

出典|三省堂
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日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

ドップラー効果
どっぷらーこうか

警笛を鳴らしながら列車が線路のわきに立つ観測者の前を走り過ぎると、そのとたんに警笛の音が低くなったように聞こえる。振動数ν0の音波を放つ音源と、この音を聴く観測者の、一方または両方が運動しているときには、観測者の聴く音の振動数νは、一般には音源の振動数ν0と同じ値をもたない。これを(音波の)ドップラー効果という。音源から観測者に向かう方向をn方向とする。観測者の速度un方向成分をun、音源の速度vn方向成分をvnとし、静止座標系における音波の速度をcとする。二つの振動数の比は

である。とくに、初めに記した例で、列車が近づいてくるときには

遠ざかるときには

となる。
 音源や観測者が運動しているときには、時間間隔(周期)T0ごとに音源から放たれた音波が観測者に届くまでに通過する距離が各周期ごとに一定量ずつ減るか増えるかするために、観測者の聴く音波の周期TT0と同じではない。したがって、周期の逆数である振動数νとν0も異なる値をもつことになる。また、音源とともに運動する座標系、観測者とともに運動する座標系、および静止座標系で測った位置座標の間の関係は、ガリレイ変換によって与えられる。音源から放たれてn方向に伝わる音波の位相の式を三つの座標系について書くと、振動数の比ν/ν0の式が得られる。
 まっすぐな道路を速度vで進む車から時間間隔T0を置いて次々に伝書鳩(でんしょばと)を放ち、この道路を速度uで先行する車を追わせる。伝書鳩の速度をcとする。先行する車には、時間間隔Tごとに伝書鳩が着く。TT0の間には
  vT0c(T0T)+uT
の関係がある。T0Tの逆数をν0、νと書くと

となる。前出の式はこれと同じ式である。[飼沼芳郎]

光波のドップラー効果

特殊相対性理論の、ローレンツ変換を用いて論じられる。音波の場合との相違点は、どの座標系(慣性系)についても真空中の光速度c0が同一の値をもつことである。光源の座標系が、観測者の座標系に対して速度Vで並進運動をする場合には、光源の放つ振動数ν0の光波がn方向に進み、振動数νの光波として観測者に観測される。二つの振動数の比は

ここに、Vnは速度Vn方向成分である。とくに、Vnに平行の場合には

nに反平行の場合には

である。これらの比は、(V/c0)2が1に比して無視できる場合には、音波のドップラー効果の式と同じ形の式となる。これを縦のドップラー効果という。
 Vnに垂直のときには

となる。この振動数の比は、Vが大きく、(V/c0)2が1に比して無視できぬ場合にだけ1と異なる値をもつ。これは光波にだけみられる効果で、横のドップラー効果とよばれる。この効果は、「走っている時計は遅れる」という特殊相対性理論でよく知られた現象の一例である。[飼沼芳郎]

応用

オーストリアのJ・C・ドップラーが1842年にドップラー効果の着想を得たのち、音波や光波の分野でこの効果について数多くの研究が行われ、この効果はさまざまの方面に応用されてきた。気体の原子は走りながら光を放つ。気体原子の速度はマクスウェル分布に従っていろいろの値をとるので、ドップラー効果により、原子スペクトルの振動数は気体の温度に比例する幅にわたって分布する。これをスペクトル線のドップラー幅という。銀河系外の星雲の放つ光の連続スペクトルには数本の暗線(吸収線)が観察される。この暗線の振動数は、実験室内で観察される原子スペクトルの対応する線の振動数に比べると赤のほうに偏移している。ハッブルはこの赤方偏移がドップラー効果によって生ずると考えて、銀河系外の星雲は、遠方の星雲ほど大きな速度で遠ざかっているとし、宇宙は膨張しているという解釈に到達した。メスバウアー効果の実験では、無反跳γ(ガンマ)線の線源を一定速度で動かしたときにおこるγ線のドップラー効果が用いられる。路上を走行する自動車の速度の計測には、ドップラーレーダーが用いられ、センチメートル波の電波が車で反射したときのドップラー効果が利用されている。[飼沼芳郎]

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世界大百科事典内のドップラー効果の言及

【ドップラー】より

…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。…

【波動】より

…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。…

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