Akustischer Doppler-Effekt

Prinzip

Fährt ein Krankenwagen vorbei, wird das wahrgenommene (gemessene) Signal des Martinshorns tiefer. Das bedeutet, dass die Frequenzen der wahrgenommenen Töne kleiner werden. Diese Veränderung der wahrgenommenen Frequenz von Wellen jeder Art, während sich die Quelle und der Beobachter relativ zueinander bewegen, wird Doppler-Effekt genannt. Technische Anwendung findet der Doppler-Effekt zum Beispiel bei Radarfallen im Straßenverkehr oder der Bestimmung der Geschwindigkeit, mit der sich das Universum ausbreitet (optischer Dopplereffekt).

Im Einstiegsversuch wird der aus dem Alltag bekannte Doppler-Effekt bei einer hörbaren Frequenz qualitativ ins Gedächtnis gerufen. Im Hauptexperiment wird der Fall einer harmonisch schwingenden Schallquelle untersucht. Zunächst wird die Frequenz des ausgesandten Signals in Ruhe gemessen. Daraufhin wird die Frequenzverschiebung beim schwingenden Doppler-Sender mit der Software nachgewiesen. Schließlich wird die Geschwindigkeit, mit der sich die Schallquelle bewegt, aus den experimentell ermittelten Werten berechnet und mit dem theoretischen Wert verglichen.

Vorteile

• Versuch ist Teil einer Komplettlösung mit insgesamt 22 Versuchen zu den Themen Schallerzeugung, -ausbreitung und -wahrnehmung, Schwingungen und Wellen
• Besonders geeignet für den Einstiegsthema in die Physik im Allgemeinen
• Mit anschaulichem Schülerarbeitsblatt
• Mit detaillierten Lehrerinformationen
• Besonders geeignet bei knapper Zeitplanung, da minimale Vorbereitungszeit

Aufgaben

1. Bewege den Doppler-Sender, wenn er einen Ton von 4,6 kHz aussendet, sehr schnell hin und her und beschreibe, was du hörst.

2. Bestimme mit Hilfe des Doppler-Effekts die Geschwindigkeit eines schwingenden Federpendels:

             - Lass den Doppler-Sender mit dem 19 kHz-Signal an einer Feder über einem Mikrofon harmonisch schwingen.

             - Analysiere das vom Mikrofon registrierte Signal am Computer. Beobachte den Doppler-Effekt und bestimme die maximale Geschwindigkeit des Pendels.

Lernziele

• Frequenzverschiebung