Iedomājieties, ka esat ātrās palīdzības šoferis un jums ar lielu ātrumu jābrauc pa lielās pilsētas ielām, kas piepildītas ar automašīnām. Tagad iedomājieties, ka jūs esat viens no pūļiem uz ietves. Jūs stāvat pie krustojuma un gaidāt brīdi, kad varēsit šķērsot ielu. Bet vispirms jums ir jāizlaiž sacīkšu ātrā palīdzība.
Viņas sirēnas rēkšana dzirdama no tālienes. Dīvaini ir tas, ka, jo tuvāk brauc automašīna ar sarkanu krustu, jo augstāka ir sirēnas skaņa. Kad automašīna sāk attālināties, tas pats atkārtojas, bet otrādi. Automašīnai virzoties prom, sirēnas skaņa kļūst zemāka un zemāka, līdz tā pilnībā izzūd. Tajā pašā laikā ātrās palīdzības vadītājs nepamana nekādas izmaiņas. Viņam skaņas kvalitāte nemainās.
Bet ārējs novērotājs dzird, kā palielinās skaļums un kā tonalitāte samazinās ar attālumu. Skaņas viļņi gaisā izplatās tāpat kā jūras viļņi uz ūdens virsmas.
Kas tad īsti notiek. Kurš labi dzird? Autovadītājs vai gājējs? Vai mainās sirēnas signāls? Abiem taisnība. Precīzāk, neviens nekļūdās: gan vadītājs, gan gājējs dzird tieši to, kas viņiem būtu jādzird. Atšķirības uztverē ir saistītas ar Doplera efektu. Tas, ko mēs dzirdam kā skaņu, faktiski viļņi izplatās pa gaisu.
Sirēna liek gaisa molekulām vibrēt. Skaņas viļņi gaisā izplatās tāpat kā jūras viļņi uz ūdens virsmas.Vilnis ir reti sastopams reģions, kas pēc tam kļūst par saspiešanas reģionu. Process tiek atkārtots daudzas reizes vienā sekundē un izplatās. Tas ir skaņas vilnis. Jo tuvāk viens otram ir vienādas viļņu sekcijas, jo augstāka ir skaņa, tas ir, jo lielāka ir tās frekvence.
Mūsu gadījumā, tuvojoties “ātrajam” vilnim, skaņas viļņi gājējam kļūst tuvāk viens otram, jo automašīnas kustības ātrums un skaņa saskaita. Jo mazāks ir attālums starp skaņas viļņiem, jo augstāka ir frekvence un augstāks skaņas signāls. Ar mašīnas noņemšanu attālums starp viļņiem, palielinoties attālumam, kļūst arvien lielāks, tas ir, frekvence pakāpeniski samazinās un skaņa kļūst zemāka. Automašīnā esošie cilvēki un skaņas avots nav kustīgi viens pret otru. Tāpēc tonalitātes izmaiņas nenotiek. Lai dzirdētu tonalitātes izmaiņas, klausītājam un skaņas avotam jāpārvietojas viens pret otru.
Doplera efekts ne tikai skaņas viļņos
Par piemēru ņemiet gaismas viļņus. Ja ātrās palīdzības mašīnā sirēnas vietā būtu uzstādīta dzeltena lampiņa, tad, tuvojoties novērotājam, luktura spektrs mainītos uz zilo pusi, bet noņemot uz sarkano. Ņemot vērā parastās parādības, kas mūs ieskauj, pārvietošanas rādītāji ir salīdzinoši zemi, tāpēc mēs nepamanām izmaiņas gaismas spektrā. Bet, ja ātrās palīdzības ātrums tuvotos gaismas ātrumam vai būtu salīdzināms ar to, tad mēs pamanītu vēlamās izmaiņas.
Biežums ir viļņu crete skaits, kas vienā sekundē ir izgājuši caur noteiktu punktu. Jo augstāka frekvence, jo augstāka ir skaņas tonalitāte vai jo zilāka kļūst gaisma.Šoferis šādā gadījumā redzētu dzeltenu gaismu, kas nepārtraukti krīt uz ceļa. Bet kustīga mašīna saspiestu viļņus sev priekšā, un novērotāji, kuri nekustējās, tuvojoties gaismas avotam, redzētu gaismas spektra nobīdi uz augstfrekvences zilo pusi. Transportlīdzeklim virzoties prom, novērotājs pamanīs lukturīša krāsu no zilas līdz dzeltenai. Pakāpeniski šī krāsa pārvērtīsies sarkanā krāsā, pazūdot pie horizonta.