Dopplerův jev

Použité senzory: Mikrofon, reproduktor

Kategorie: Akustika

Potřeby: dva chytré telefony s aplikací Phyphox (jeden jako měřicí zařízení, druhý jako zdroj zvuku), nit, igelitový sáček, stojan

Teorie

Dopplerův jev je fyzikální jev, který popisuje změnu frekvence vlnění (např. zvuku nebo světla) při relativním pohybu zdroje vlnění a pozorovatele. Pokud se zdroj zvuku přibližuje k pozorovateli, frekvence se zvyšuje, a naopak, pokud se vzdaluje, frekvence se snižuje. Tento jev můžeme pozorovat i v běžném životě, klasickým příkladem je poslouchání zvuku sirén sanitky, která se pohybuje směrem k nám, nebo od nás, popř. při měření rychlosti vozidel. Ve vědeckém světě se Dopplerův jev využívá např. u astronomických měření.

Postup

Pro experiment budete potřebovat dva chytré telefony. Jeden bude sloužit jako zdroj zvuku, druhý jako měřicí zařízení. Pokud nemáte druhý telefon, můžete použít přehrávač zvuku, například MP3 přehrávač, který přehrává sinusový signál s konstantní frekvencí (doporučená frekvence je 1000 Hz).

Nejprve nastavte zdroj zvuku. Ujistěte se, že frekvence signálu je stabilní a odpovídá nastavení měřicí aplikace. Druhý telefon nastavte jako měřicí zařízení s otevřenou aplikací Phyphox a vyberte experiment "Dopplerův jev". V aplikaci nastavte základní frekvenci na 1000 Hz nebo jinou odpovídající frekvenci.

Umístěte zdroj zvuku a měřicí telefon do (co nejvíce) klidného prostředí. Experiment provádějte tak, že buď pohybujete zdrojem zvuku vůči měřicímu telefonu, nebo naopak telefonem vůči stacionárnímu zdroji. V našem případě zavěsíme mobilní telefon, který bude zdrojem zvuku, jako kyvadlo.

Během experimentu sledujte graf v aplikaci, který ukazuje změny frekvence a vypočítává relativní rychlost. Při zvyšování rychlosti pohybu zaznamenáte větší odchylku od základní frekvence.

Poznámky

Pro přesné výsledky je důležité, aby bylo prostředí co nejtišší. Rušivé zvuky, například mluvení nebo hluk motorů, mohou zkreslit naměřená data. Pokud je šum v pozadí příliš vysoký, použijte externí mikrofon nebo zvyšte hlasitost zdroje zvuku.

Nestabilita výsledků může být způsobena špatně nastavenou základní frekvencí nebo příliš velkým rušením. V takovém případě můžete použít experiment "Zvukové spektrum" v aplikaci Phyphox pro přesné určení frekvence zdroje, který je v klidu.

Pokud zařízení detekuje rychlost i při absenci pohybu, je pravděpodobné, že základní frekvence zdroje není přesně nastavena. Upravte ji ručně nebo proveďte novou kalibraci.

Anglický návod na phyphox.org/wiki/index.php/Experiment:_Doppler_Effect