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【高校物理】風が吹いた時のドップラー効果の解き方【結論:音速が変わるだけです】


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悩んでる人

風が吹いた時のドップラー効果の解き方がわからない

ドップラー効果は、大学入試でも頻出なので、様々な場合を想定して試験に臨みたいですよね!

そこで今回は、ドップラー効果において風が縦方向、横方向からふく場合について考えていきたいと思います。

この記事を読めば、ドップラー効果で風が吹く問題の解き方は、完璧にマスターできますよ。

✔この記事の内容
・風が吹くドップラー効果の解き方

✔この記事の信頼性
浪人時に苦手だった物理を、記述模試偏差値65以上、センター試験満点近くまで伸ばした『考え方』や『解き方』について、大切なエッセンスを『ぎゅっと』凝縮してまとめています。

風が吹くドップラー効果は音速が変化するだけ!

ドップラー効果は、音源、観測者、音速3つの速度が関係して、振動数が変化する現象です。

今回のように、風が吹く場合音速が変化します。

覚えておくことは、風の向きと同じ方向の音速は速くなり、逆に風と逆向きの音速は遅くなるということです!

そんなに難しくはなさそうです!

じゃあ縦方向の風を例に考えてみよう!

塾長



縦方向に風が吹くドップラー効果の問題の解法

※いつも通り、まずは自分で考えてみましょう!自分で解くことで、『解くうえで何が足りないのか』が明確になります!

それでは解説していこうか!

塾長

解答:縦方向に風が吹くドップラー効果の問題

まずは、ドップラー効果の正方向を決めましょう。

ドップラー効果の正方向は、必ず『音源から観測者方向を正方向』とするのでした。

上の作業は、ドップラー効果の問題で、必ずする作業だよ!

塾長



ドップラー効果の公式に入る音速は、音源から観測者の方向にまっすぐ来るときの速度です。

音源から出る音は、同心円状に放出されていて、風が吹くことで音が下に流されるので、少し斜め上に放出された音が観測者に聞こえることになります。

実際に観測者に届く音速は、図のように三角形をつくって、三平方の定理より、

$$V'=\sqrt{V^2-w^2}$$

となります。

あとは、ドップラー効果の公式に代入して、

$$f'=\frac{V'-(-v)}{V'-u}$$$$=\frac{\sqrt{V^2-w^2}+v}{\sqrt{V^2-w^2}-u}・・・答え$$

となります。

こんな感じで、縦方向の風が吹くときは、三平方の定理を使えばOKだよ!

塾長



まとめ:風が吹いてもドップラー効果の問題は簡単です

今回は、風が吹くドップラー効果について話してきました。

縦方向、横方向いずれの場合でも、音源から発生する音速が変化する』ということが大切です!

自分の持っている、問題集の問題も解けるようにしておきましょう。

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しばけん

現役時代センター試験60点台。浪人中予備校に通い神授業に出会う。旧帝大模試で物理偏差値65を叩き出し、その経験を活かして現在は塾で中学生や高校生に数学や物理を指導中。

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