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Der Dopplereffekt im Frequenzlabor

Das Phänomen des Dopplereffekts bildet die Basis für diesen Versuch: Wie ändert sich die gehörte Frequenz eines bewegten Tongenerators für einen stillstehenden Beobachter? Wie groß ist die prozentuale Änderung der gehörten Töne bei Annäherung und Entfernung des Tongenerators? Im interaktiven Frequenzlabor können die Frequenzänderungen der beiden Ausgangstöne von 75 Hz und 150 Hz bei Geschwindigkeiten von bis zu 1.000 Kilometer pro Stunde untersucht und gehört werden!

Frequenzlabor starten

In dieser Szenerie hat man sich für eine Frequenz von 75 Hz und eine Geschwindigkeit von 140 km/h für das Fahrzeug entschieden. Für das sich nähernde Objekt ergibt sich hieraus eine Frequenz von 85 Hz, für das sich entfernende Objekt eine Frequenz von 68 Hz.

Funktionsweise des Frequenzlabors

Detailansicht des Frequenzlabors: Festlegen der Fahrzeuggeschwindigkeit

Für das Fahrzeug lassen sich Geschwindigkeiten von bis zu 1.000 km/h einstellen.

Ein Fahrzeug trägt einen Tongenerator und fährt an einem Beobachter vorbei. Der Fahrer des Fahrzeugs hört nur die Ausgangsfrequenz. Ein Beobachter hört dagegen zwei verschiedene Frequenzen, einen höheren Ton bei Annäherung und einen tieferen Ton bei Entfernung des bewegten Tongenerators.

Wählbar sind im Frequenzlabor als Grundtöne 75 Hz und 150 Hz. Die Geschwindigkeit zur Berechnung des Dopplereffekts kann über die Minus- und Plus-Buttons im unteren Teil der Interaktivität eingestellt werden. Gestartet wird das Experiment mit Klick auf den Button "Frequenz ermitteln".

Die Simulation berechnet den Dopplereffekt, gibt die verschiedenen Frequenzen, Wellenlänge sowie die prozentuale Änderung zur Ausgangsfrequenz an.

Detailansicht des Frequenzlabors: Wahl der Ausgangsfrequenz

Zum Experimentieren stehen zwei Ausgangsfrequenzen zur Wahl: 75 Hz und 150 Hz.

Zudem werden die Schallwellen im Frequenzlabor als Grafik ausgegeben, sodass das Phänomen des Dopplereffekts auf visuelle Weise nachvollzogen werden kann:

Linkes Oszilloskop: Objekt nähert sich. Der Beobachter hört einen Ton mit höherer Frequenz als die Ausgangsfrequenz. Die Schallwellen werden in Bewegungsrichtung zusammengedrückt. Deshalb ist der vom Beobachter gehörte Ton höher.

Mittleres Oszilloskop: Ausgangsfrequenz. Der Ton mit der Ausgangsfrequenz wird im fahrenden Auto gehört oder wenn sich der Tongenerator nicht bewegt.

Rechtes Oszilloskop: Objekt entfernt sich. Der Beobachter hört einen Ton mit tieferer Frequenz als die Ausgangsfrequenz. Die Schallwellen werden in Bewegungsrichtung auseinandergezogen. Deshalb ist der vom Beobachter gehörte Ton tiefer.

Detailansicht des Frequenzlabors: Vergleich der verschiedenen Frequenzen

Bei extrem hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten wie 790 km/h wird der Dopplereffekt besonders offensichtlich: Links im Bild die extrem zusammengedrückten Schallwellen (443 Hz) des sich nähernden Objekts, in der Mitte die Ausgangsfrequenz von 150 Hz und rechts die weit auseinandergezogenen Schallwellen bei einer Frequenz von 91 Hz.

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