ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ของเสียง Doppler Effect of Sound

งานนำเสนอเรื่อง: "ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ของเสียง Doppler Effect of Sound"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ของเสียง Doppler Effect of Sound
ปรากฎการณ์ดอปเพลอร์ของเสียง เป็นปรากฎการณ์ที่ความถี่หรือระดับเสียงที่ผู้สังเกตหรือผู้ฟังได้ยินนั้นเปลี่ยนไปเมื่อ แหล่งกำเนิดเสียง หรือผู้สังเกตอย่างหนึ่งอย่างใดหรือทั้งสองอย่างมีการเคลื่อนที่ “ถ้าแหล่งกำเนิดเสียงและ(หรือ)ตัวเราเคลื่อนที่เข้าหากันเราจะได้ยินเสียงที่มีความถี่สูงขึ้น นั่นคือ เสียงแหลมขึ้น แต่ถ้าเคลื่อนที่ออกจากกัน เสียงที่ได้ยินนั้นจะมีความถี่ต่ำลง นั่นคือ เสียงทุ้มขึ้น” หรือ เป็นปรากฎการณ์ที่ผู้ฟังได้ยินเสียงที่มีความถี่เปลี่ยนไปจากของแหล่งกำเนิดเสียงอันหนึ่งมาจากการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดเสียงหรือ การเคลื่อนที่ของผู้ฟัง โดยที่การเคลื่อนที่นั้นจะต้องมีความเร็วน้อยกว่าความเร็วเสียง

2 กำหนดให้ Vs แทนอัตราเร็วของแหล่งกำเนิดเสียง
Vo แทนอัตราเร็วของผู้ฟัง ความถี่ที่ปรากฎต่อผู้ฟังเนื่องจากปรากฎการณ์ดอปเพลอร์ของเสียงสามารถหาได้จากสมการดังนี้ เมื่อ f0 แทนความถี่ที่ผู้ฟังได้ยิน หน่วยเป็น(Hz) fs แทนความถี่เสียงจากแหล่งกำเนิดเสียง หน่วยเป็น(Hz) V แทนอัตราเร็วเสียง หน่วยเป็น(m/s) V0 แทนอัตราเร็วของผู้ฟังเสียง หน่วยเป็น(m/s) Vs แทนอัตราเร็วของแหล่งกำเนิดเสียง หน่วยเป็น(m/s)

3 กรณีที่ 1 แหล่งกำเนิดเสียงและผู้ฟังไม่เคลื่อนที่
กรณีนี้ ผู้ฟังจะได้ยินความถี่เสียงด้วยความถี่ที่เท่ากับความถี่ของแหล่งกำเนิดคลื่นที่แผ่ออกมา กรณีที่ 2 แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่แต่ผู้ฟังอยู่จุดเดิม แบ่งเป็น 2 อย่าง 1.แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่เข้าหาผู้ฟัง 2.แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ออกจากผู้ฟัง กรณีที่ 3 ผู้ฟังเคลื่อนที่แต่แหล่งกำเนิดเสียงอยู่จุดเดิม 1.ผู้ฟังเคลื่อนที่เข้าหาแหล่งกำเนิดเสียง 2.ผู้ฟังเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดเสียง

4 กรณีที่ 2 แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่แต่ผู้ฟังอยู่จุดเดิม
แบ่งเป็น 2 อย่าง 1.แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่เข้าหาผู้ฟัง ความยาวคลื่นจะน้อยลง แต่ความถี่ที่ปรากฎต่อผู้ฟังจะเพิ่มขึ้น 2.แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ออกจากผู้ฟัง ความยาวคลื่นจะเพิ่มขึ้น แต่ความถี่ที่ปรากฏต่อผู้ฟังจะน้อยลง กรณีที่ 3 ผู้ฟังเคลื่อนที่แต่แหล่งกำเนิดเสียงอยู่จุดเดิม กรณีนี้ความถี่ที่แหล่งกำเนิดเสียงแผ่ออกไปเท่าเดิม 1.ผู้ฟังเคลื่อนที่เข้าหาแหล่งกำเนิดเสียง ความถี่ที่ปรากฎต่อผู้ฟังจะเพิ่มขึ้น 2.ผู้ฟังเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดเสียง ความถี่ที่ปรากฎต่อผู้ฟังจะน้อยลง

5 หลักการพิจารณาสมการปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ของเสียง
กรณีที่ผู้ฟังเคลื่อนที่แต่แหล่งกำเนิดเสียงอยู่นิ่ง 1.ถ้าผู้ฟังเคลื่อนที่เข้าหาแหล่งกำเนิดเสียง แล้ว V0 มีเครื่องหมายเป็นบวก 2.ถ้าผู้ฟังเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดเสียง แล้ว V0 มีเครื่องหมายเป็นลบ กรณีที่แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่แต่ผู้ฟังอยู่นิ่ง 1.ถ้าแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ออกจากผู้ฟังแล้ว Vs มีเครื่องหมายเป็นบวก 2.ถ้าแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่เข้าหาผู้ฟังแล้ว Vs มีเครื่องหมายเป็นลบ

6 ตัวอย่าง รถไฟขบวนหนึ่ง กำลังเคลื่อนที่เข้าสู่ชานชาลาสถานีสามเสน ดัวยอัตราเร็ว 10 เมตรต่อวินาที พร้อมทั้งเปิดหวูดซึ่งมีความถี่ 100 Hz รถเมล์สาย 9 กำลังวิ่งสวนทางกับรถไฟบนถนนขนานกับรางรถไฟด้วยอัตราเร็ว 30 เมตรต่อวินาที จงหาความถี่ปรากฏของเสียงหวูดต่อคนขับรถเมล์คันนั้นว่าเป็นเท่าใด(กำหนดอัตราเร็วเสียงในอากาศ 330 เมตรต่อวินาที)

7 ตัวอย่าง รถไฟขบวนหนึ่ง กำลังเคลื่อนที่เข้าสู่ชานชาลาสถานีสามเสน ดัวยอัตราเร็ว 10 เมตรต่อวินาที พร้อมทั้งเปิดหวูดซึ่งมีความถี่ 100 Hz รถเมล์สาย 9 กำลังวิ่งสวนทางกับรถไฟบนถนนขนานกับรางรถไฟด้วยอัตราเร็ว 30 เมตรต่อวินาที จงหาความถี่ปรากฏของเสียงหวูดต่อคนขับรถเมล์คันนั้นว่าเป็นเท่าใด(กำหนดอัตราเร็วเสียงในอากาศ 330 เมตรต่อวินาที) วิธีทำ

8 คลื่นกระแทก (Shock Wave) กล่าวคือ ในกรณีที่แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่เร็วกว่าคลื่นที่เกิดขึ้น เช่น เครื่องบินที่บินเร็วกว่าเสียง ตัวอย่าง เช่น ถ้าอัตราเร็วของเครื่องบินมากกว่าอัตราเร็วเสียงในอากาศมากๆ จนกระทั่งทำให้รูปกรวยยิ่งเล็กลงมากๆแล้วจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความดันอย่างมากและรวดเร็วเป็นผลทำให้เกิดเสียงดังคล้ายระเบิดในบริเวณที่คลื่นกระแทกนี้เคลื่อนที่ผ่าน ซึ่งอาจทำให้กระจกแตกร้าว เสียงที่เกิดขึ้นนี้จะถูกเรียกว่า Sonic Boom เลขมัค นัมเบอร์ คือ ตัวเลขที่จะบอกให้เราทราบว่า อัตราเร็วของแหล่งกำเนิดคลื่นมีค่าเป็นกี่เท่าของอัตราเร็วของคลื่นในตัวกลาง(Vs/V) เช่น บอกว่า เครื่องบินไอพ่นลำหนึ่งกำลังเคลื่อนที่ ณ ที่เลขนัมเบอร์เท่ากับ 2 นั่นหมายความว่า อัตราเร็วของเครื่องบินนั้นบินเป็น 2 เท่าของอัตราเร็วเสียง