ドップラーボール

○こんな実験です
ドップラーボールは、圧電ブザー、リチウム電池、スイッチ等を配線し、PLAで造形したボールに入れ、凧糸をつけて振り回します。
観測者に近づくと音が高く、遠ざかると低くなる音源が動いて観測者が静止しているときのドップラー効果が実験できます。

○こんなことが学べます
音源と観測者が互いに近づくときや遠ざかるときでの音の周波数の変化を体感することができます。
日常生活ではサイレンや警笛を鳴らして目の前を通り過ぎる救急車や新幹線等で体験している現象です。 


実験動画を見る


救急車のドップラー効果

互いにすれ違うときの音の振動数の変化を観察する


ダイハツ・郷ひろみのドップラー効果のCM


音源に向かって観測者が進むときのドップラー効果のシミュレーション実験
 
車に取り付けた耳が、等間隔に配置されたベルトコンベアの印を通過する瞬間に手を叩く。車の進行方向を逆にしたり、車を止めたりして、手拍子の間隔を比べる。
○準備しよう 
圧電ブザー(単一の周波数のものが良い)、リチウム電池、電池ボックス、スイッチ、配線材、PLAで造形したボールまたは、発泡ポリスチレンをくりぬいたボール、凧糸(2m程度)


○作ってみよう
@ 3Dプリンタで作ったボールの容器や、発泡ポリスチレンで作った容器を準備します。
A ブザー、電池ボックス、スイッチを半田付けして配線します。
B Aを@に組み入れ、タコ糸で2つのカップを固定し、糸を1〜2m程度伸ばします




神戸高校での若手教師対象の物理基本実験講習会でのドップラーボールの製作(物理教育学会・兵庫物理サークル)
遊び方 
スイッチを入れ、周りの人や壁等に当たらないように注意しながら、ボールに取り付けたタコ糸を振り回します。観測者の耳に近づくときは音が高く、遠ざかるときは低くなります。


○開発にあたって
さじアストロパークでの工作用に開発しました。
天体からの情報は光しかありません、星や銀河の運動は、地球の観測者に対して近づいているか、遠ざかったいるかを光のドップラー効果で調べます。宇宙が広がっているというのも、遠くの星のスペクトルが、波長の長い(振動数の低い)赤い色側に偏る赤方偏移が見られるからです。