Warum ändert sich der Ton, wenn ein Auto vorbeifährt?

Solange die Quelle sich nähert, erreichen Sie verdichtete Fronten — die Frequenz liegt über der ausgesandten. Nach der Vorbeifahrt sind die Fronten gedehnt — die Frequenz liegt darunter. In Wirklichkeit ist der Übergang stetig, kein Sprung.

Gibt es den Doppler-Effekt auch beim Licht?

Ja, das ist ein allgemeines Wellenphänomen: beim Licht heißt es Rot- oder Blauverschiebung. Hier ist Schall genommen, weil die Änderung der Tonhöhe sogleich hörbar ist. Für das Vakuum siehe die Seite zum Doppler-Effekt des Lichts.

Worin unterscheidet sich die bewegte Quelle vom bewegten Beobachter?

Beim Schall zählt die Geschwindigkeit relativ zum Medium. Die bewegte Quelle ändert die Abstände zwischen den Fronten; der bewegte Beobachter trifft dieselben Fronten mit anderer Frequenz wegen der eigenen Bewegung. Hier ist der erste Fall gezeigt.

Warum wächst die Lautstärke beim Nähern nicht?

Das Modell trennt die Frequenzverschiebung von der Intensitätsänderung. Eine wirkliche Quelle in der Nähe klingt lauter, aber das ist nicht jene Wellenlängenverdichtung, die die Doppler-Verschiebung setzt.

Doppler-Effekt

Bewegte Schallquelle: Verdichtung der Fronten vorn, Dehnung hinten und Änderung der Tonhöhe beim ruhenden Beobachter.

Zum Modell

Der Doppler-Effekt ist die Änderung von Frequenz und Wellenlänge für den Beobachter bei Relativbewegung von Quelle und Empfänger. Hier bewegt sich die Schallquelle: beim Nähern verdichten sich die Fronten und die Tonhöhe steigt, beim Entfernen dehnen sie sich und der Ton fällt. Für den ruhenden Beobachter gilt f_Beob = f_Quelle · v / (v ± u), wobei v die Schallgeschwindigkeit und u die Quellgeschwindigkeit ist; Plus, wenn die Quelle sich entfernt, Minus, wenn sie sich nähert. Modell: konstante Schallgeschwindigkeit im homogenen Medium, ohne Reflexionen und ohne den Fall des bewegten Beobachters. Auf dem Bildschirm kreisförmige Fronten: Verdichtung vorn und Verdünnung hinten.

Für wen: Oberstufe und Studienbeginn: Wellen, Schall, Doppler-Effekt.

Wichtige Begriffe

Doppler-Effekt
Frequenzverschiebung
Tonhöhe
Wellenfront
Quellgeschwindigkeit
Beobachter
Schallgeschwindigkeit

So funktioniert es

Ruhender Beobachter und eine Quelle, die längs der Achse schwingt: die Projektion der Quellgeschwindigkeit auf den Sehstrahl verschiebt die wahrgenommene Frequenz, f ≈ f₀ c/(c − v∥). Konzentrische Fronten gehen von früheren Lagen der Quelle aus; der Abstand zwischen ihnen ist die sichtbare Wellenlänge. Wahlweise erklingt ein Ton nach derselben Formel.

Wichtige Gleichungen

f ≈ f₀ · c / (c − v∥), v∥ = v⃗ · r̂ (Quelle → Beobachter)

Näherung ebene Welle / Punktquelle; v∥ ist der Stabilität halber begrenzt.

Häufige Fragen

Warum ändert sich der Ton, wenn ein Auto vorbeifährt?: Solange die Quelle sich nähert, erreichen Sie verdichtete Fronten — die Frequenz liegt über der ausgesandten. Nach der Vorbeifahrt sind die Fronten gedehnt — die Frequenz liegt darunter. In Wirklichkeit ist der Übergang stetig, kein Sprung.
Gibt es den Doppler-Effekt auch beim Licht?: Ja, das ist ein allgemeines Wellenphänomen: beim Licht heißt es Rot- oder Blauverschiebung. Hier ist Schall genommen, weil die Änderung der Tonhöhe sogleich hörbar ist. Für das Vakuum siehe die Seite zum Doppler-Effekt des Lichts.
Worin unterscheidet sich die bewegte Quelle vom bewegten Beobachter?: Beim Schall zählt die Geschwindigkeit relativ zum Medium. Die bewegte Quelle ändert die Abstände zwischen den Fronten; der bewegte Beobachter trifft dieselben Fronten mit anderer Frequenz wegen der eigenen Bewegung. Hier ist der erste Fall gezeigt.
Warum wächst die Lautstärke beim Nähern nicht?: Das Modell trennt die Frequenzverschiebung von der Intensitätsänderung. Eine wirkliche Quelle in der Nähe klingt lauter, aber das ist nicht jene Wellenlängenverdichtung, die die Doppler-Verschiebung setzt.

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