音波の振動数

質問

昨日の質問は抽象的過ぎました。
特に宿題というわけではなく、勉強する上での質問です。
(1)屈折する場合には、振動数は変化せず速度と波長が変化するまでは、どこの参考書にも記載されています。なぜ、振動数は変化しないのでしょうか。それは、変化しないものと覚えるしかないのですか？？なんとなく、速度が遅くなれば、振動数も変わりそうですけど・・・。
(2)ドップラー効果と風速について。音源や観測者が動くと振動数が変わる。そこまではわかります。風は、音源や観測者が動くときには影響するが、風だけではドップラー効果は生じないのはどうしてですか？？
わたしは、風が吹くのと観測者が動くのは同じことに感じます。つまり、風が吹くとドップラー効果が起こる気がしますが・・・。

回答No.4

ht1914

風が吹いた場合は音の伝わる速さが変わります。でも１秒間あたり何個の信号が伝わってくるかは変わりません。＃２の回答の中にある回転寿司のたとえがわかりやすいと思います。ベルトの速さが速くても遅くても寿司職人が握ってベルトに乗せる時間間隔が受け取る時間間隔になるというご説明でわかると思います。
音源と観測者が相対的に動いていなければ音の振動数は変わりません。これはドップラー効果の式で音源と観測車の速度が等しいという値を入れてもらっても分かります。
風係に逆向きに吹いていても同じ音が聞こえます。ただ聞こえるまでの時間が長くなります。例えば陸上競技でスタートのとき、ピストルの音が聞こえてくるのは遅くなるでしょう。
いくら風が強くても音速を超えることはありませんので逆風でも必ず音は聞こえます。
速さの異なるベルトＡＢがあってお寿司がＡからＢになめらかに移ることが出来るとします。Ａの上を１秒間隔で寿司が動いていってＢに移ります。ベルトの速さが変われば距離間隔は変わりますが時間間隔は変わりません。

お礼

ありがとうございました。
最後の文章のベルトの速さが変われば距離間隔が変わるが、
時間間隔は変わらない。
そこが聞きたかったところです。
本当に納得です。

回答No.3

noname#40706

Ａ１の方の　サイトについて

風があったらドップラー効果が起こる気がします　ということですが、あくまでも音源や観測者が動いたばあいの話だと思います。

一定の速さの風が吹いているときは

音源観測者間の相対距離が変わらなければドップラー効果は起こらないとおもいます。

ただ、音源からの音が、観測者に届く間に風の速さが変化すれば、はじめの音が到着するのにかかる時間と、最後の音がかかる時間が変わることにより、振動数の変化を感じるかもしれません。たとえば逆風が強く吹くと、最初の音が到着してから、いつまでたっても最後の音が到着しない、ということはあり得ます。ただ、それをドップラー効果というのかなあ・・？・・・という気もします。これは自信ありません。

お礼

ありがとうございました。
なかなかどう調べてよいかわからず。
感謝しています。
なんとなくわかってはいるのですが、
説明しようとすると、難しくて。
このようなわかりやすい回答は、
教える仕事をしている感じですね。
本当にありがとうございました。

回答No.2

noname#40706

（１）について：　「振動数」とは・・・

音の場合、空気の振動数ですから、たとえば、太鼓をたたくと表面の皮が振動して、空気が押されたり引かれたりするということです。

あるいは、異なる媒質の境界面で考えるときは、媒質Ａがとんとんと媒質Ｂをたたいている、そのとんとんという回数（１秒間での）が振動数と考えられたらいかがですか。

－－－－Ａ－－→｜→－－Ｂ－－－

　　　　　　　　↑　　　　　　　
　　　　　　　境界面

ですから、ＡＢでの音の速さに関係なく、Ａが１秒間で２０回とんとんたたけばＢは１秒間に２０回のとんとんを感じる、ということです。

（２）について

これもおなじです。

音源がｔ＝０の瞬間から、１秒間だけ２０回のとんとんを出します。
それが３４０ｍ／ｓで伝わります。すると、３４０ｍ離れたところにいるあなたは、ｔ＝１～２の間の１秒間だけ、トントンを感じます。最初のトンはｔ＝０のときに発射され、ｔ＝１にあなたは感じます。最後のトンは、ｔ＝１に発射され、ｔ＝２にあなたは感じます。

さて、今、強い風（３４０ｍ／ｓ！）が吹いてます。音は６８０ｍ／ｓの速さでやってきますね。

ここで先ほどと同じトントンをしてみましょう。

ｔ＝０に発射された最初のトンはｔ＝０．５にあなたのところにやって来ます。
ｔ＝１に発射された最後のトンはｔ＝１．５にあなたのところにやって来ます。

これで納得できますね。あなたはｔ＝０．５～１．５の間の１秒間に２０回のトントンを感じるはずです。

ですから、風は、音が到着する時間を変化させますが、音の振動数を変化させることはないのです。

注：波長は変化します。ｖ＝ｆλ　より、ｆ＝ｖ／λ

上の例では、音速が２倍（３４０→６８０）で、波長が２倍、従って振動数（耳に達するトントンのペース）は同じ、です。

話は変わりますが、回転寿司　お好きですか？

すし職人の人が１秒で１個のおすしをベルトに乗せているとしてください。ベルトのスピードが速くなっても、あなたは、１秒で１個のお寿司しか食べられませんよ。注文したらすぐに来ますけれど。

ついでに、ドップラー効果は、ベルトの速さは同じで、すし職人の人やあなたが、動いている場合にあたります。職人さんがあなたから離れていくと、あなたは１秒に１個より少なくしかお寿司は食べられませんよ。１秒に１個よりたくさん食べたければ、職人さんにお寿司を作りながらこちらに歩いてきてもらってください。(音源が動く場合！？）
あるいは、待ちきれないあなたが、職人さんの方に歩いていきながら食べてください。（観測者が動く場合！？）

回答No.1

N64

>風が吹くとドップラー効果が起こる気がしますが・
私も起こると思います。（参考URL）

参考URL：

http://www14.plala.or.jp/phys/hs-phys/21.html