Physik-LK · Skript 2 · Wellen

Doppler-Effekt

Bewegen sich Sender und Empfänger gegeneinander, misst der Empfänger eine andere Frequenz, als der Sender aussendet: bei Annäherung eine höhere, bei Entfernung eine tiefere. Nach dem Skript gilt f_E = f₀ · c ± v_Ec ∓ v_S (obere Vorzeichen bei Annäherung; c = 343 ms, v_E und v_S gegenüber der Luft).

So gehst du vor

1Wähle, wer sich bewegt, und stelle Frequenz f₀ und Geschwindigkeit ein. Tippe „Start“.
2Beobachte die Wellenfronten: Vor dem Sender liegen sie enger, hinter ihm weiter auseinander. Der Frequenzmesser am Empfänger zeigt f_E.
3Tippe „Pause“, solange Sender und Empfänger noch weit voneinander entfernt sind, und übernimm f_E in die Tabelle. Dasselbe nach der Begegnung.
4Wiederhole mit anderen Geschwindigkeiten: Tabelle A für den bewegten Empfänger, Tabelle B für den bewegten Sender.
5Rennwagen X: Bestimme Geschwindigkeit und Motorfrequenz aus den beiden gemessenen Frequenzen.
6Überschall: Stelle v_S über 343 ms ein und betrachte den Machschen Kegel.

Frequenzmesser am Empfänger

– Hz

Zeit t

0,00 s

Ablauf in Zeitlupe, die Frequenzen sind echt. Gezeichnet ist nur jede 15. Wellenfront: Ihr Abstand ist 15 · λ, beim ruhenden Sender 11,7 m.

Wer bewegt sich?

Fahrzeug

Frequenz des Senders f₀

440 Hz

Geschwindigkeit des Senders v_S

40 ms

144 kmh

Abstand des Empfängers von der Straße b

5 m

Zeitlupe

Übernehmen geht nur, solange Sender und Empfänger weit voneinander entfernt sind (die Bewegung verläuft dann fast auf ihrer Verbindungslinie). Vorzeichen in der Tabelle: positiv bei Annäherung, negativ bei Entfernung. Eine neue Frequenz f₀ leert die Tabellen.

Tabelle A: bewegter Empfänger, f_E über v_E

„Empfänger“ wählen, Sender ruht. Mehrere Geschwindigkeiten, jeweils vor (positiv) und nach (negativ) der Begegnung.

Nr.	v_E in ms	f_E in Hz

Tabelle B: bewegter Sender, f_E über v_S

„Sender“ wählen, Empfänger ruht. Geschwindigkeiten bis etwa 300 ms, jeweils vor und nach der Begegnung.

Nr.	v_S in ms	f_E in Hz

Aufträge

Krankenwagen mit 40 ms, f₀ = 440 Hz: Beschreibe das f_E-t-Diagramm. Warum springt die Frequenz bei b = 0 m fast, bei b = 40 m geht sie allmählich über? Wann hört der Empfänger den ersten Ton?
Miss die Abstände der gezeichneten Wellenfronten vor und hinter dem fahrenden Sender (Maßstab 50 m) und bestätige λ′ = λ − v_S · T.
Tabelle A: Bestimme aus der Ausgleichsgerade die Schallgeschwindigkeit.
Tabelle B: Vergleiche bewegten Sender und bewegten Empfänger bei 100 ms und 200 ms. Begründe den Unterschied mit dem Skript.
Rennwagen X (Abitur BW 2017): Miss f₁ und f₂, berechne v und f₀, dann auflösen. Bei welcher Geschwindigkeit hört der Posten eine Quarte (f₁ : f₂ = 4 : 3)? Prüfe nach.
„Beide“: Sender und Empfänger fahren aufeinander zu. Prüfe die Formel mit beiden Vorzeichen an deinen Messwerten.
Überschall (Zusatz): Stelle v_S = 500 ms ein. Warum hört der Empfänger nichts, bis der Kegel ihn erreicht? Berechne den halben Öffnungswinkel aus sin(α) = cv_S und vergleiche mit der Zeichnung.

Theorie: Wellen-Skript, Kapitel „Der Doppler-Effekt“ (Zusatz). Der Machsche Kegel steht nicht im Skript.