Įsivaizduokite, kad esate greitosios pagalbos vairuotojas ir turite važiuoti dideliu greičiu didžiojo miesto, užpildyto automobiliais, gatvėmis. Dabar įsivaizduokite, kad esate viena iš minios ant šaligatvio. Jūs stovite prie perėjos ir laukiate momento, kai bus galima pereiti gatvę. Bet pirmiausia reikia praleisti lenktynių greitąją pagalbą.
Jos sirenos riaumojimas girdimas iš tolo. Tačiau keisčiausia, kuo arčiau automobilis su raudonu kryžiumi važiuoja aukštyn, tuo aukštesnis sirenos garsas. Kai automobilis pradeda tolti, kartojasi tas pats dalykas, bet atvirkščiai. Automobiliui tolstant, sirenos garsas tampa vis žemesnis, kol visiškai išnyksta. Tuo pačiu metu greitosios pagalbos vairuotojas nepastebi jokių pokyčių. Jam garso kokybė nesikeičia.
Bet išorinis stebėtojas girdi, kaip kyla garsas ir kaip tonalumas mažėja atstumu. Garso bangos ore plinta taip pat, kaip jūros bangos vandens paviršiuje.
Taigi, kas iš tikrųjų atsitinka. Kas girdi teisingai? Vairuotojas ar pėsčiasis? Ar keičiasi sirenos garsas? Abu teisūs. Tiksliau, niekas neklysta: tiek vairuotojas, tiek pėsčiasis girdi tiksliai tai, ką turėtų girdėti. Skirtumas suvokime atsiranda dėl Doplerio efekto. Tai, ką girdime kaip garsą, iš tikrųjų sklinda oru.
Sirena priverčia vibruoti oro molekules. Garso bangos ore plinta taip pat, kaip jūros bangos vandens paviršiuje.Banga yra retai pasireiškiantis regionas, kuris vėliau tampa suspaudimo regionu. Procesas kartojamas daug kartų per vieną sekundę ir plinta. Tai yra garso banga. Kuo arčiau viena kitos tos pačios bangų sekcijos, tuo didesnis garsas, tai yra, tuo didesnis jo dažnis.
Mūsų atveju, artėjant „greitajai“ bangai, garso bangos pėstiesiems tampa artimesnės viena kitai, nes padidėja automobilio judėjimo greitis ir garsas. Kuo mažesnis atstumas tarp garso bangų, tuo didesnis dažnis ir didesnis garso tonas. Pašalinus mašiną, atstumas tarp bangų, didėjant atstumui, tampa vis didesnis, tai yra, dažnis palaipsniui mažėja, o garsas tampa mažesnis. Automobilyje esantys žmonės ir garso šaltinis vienas kito atžvilgiu nejuda. Todėl tonalumo pokyčiai nevyksta. Norėdami išgirsti tonalumo pokyčius, klausytojas ir garso šaltinis turi judėti vienas kito atžvilgiu.
Doplerio efektas ne tik garso bangose
Paimkite šviesos bangas kaip pavyzdį. Jei greitosios pagalbos automobilyje vietoje sirenos būtų sumontuota geltona lempa, artėjant prie stebėtojo, lempos spektras pasislinktų į mėlyną, o pašalinus - į raudoną. Dėl įprastų mus supančių reiškinių poslinkio dažnis yra palyginti mažas, todėl šviesos spektro pokyčių nepastebime. Bet jei greitosios medicinos pagalbos greitis būtų artėjęs prie šviesos greičio ar panašus į jį, tada pastebėtume norimus pokyčius.
Dažnis yra bangų paspaudimų skaičius, praėjęs per tam tikrą tašką per vieną sekundę. Kuo didesnis dažnis, tuo aukštesnis garso tonas ar mėlyna šviesa tampa šviesa.Vairuotojas tokiu atveju matytų geltoną šviesą, nuolat krentančią ant kelio. Bet judantis aparatas suspaustų bangas priešais save, o stebėtojai, kurie nejudėjo artėdami prie šviesos šaltinio, pamatytų šviesos spektro poslinkį link aukšto dažnio mėlynos pusės. Automobiliui tolstant, stebėtojas pastebėtų, kad žibintuvėlio spalva grįžta iš mėlynos į geltoną. Palaipsniui ši spalva virsta raudona, išnyks horizonte.