Vì sao tiếng còi xe đổi độ cao khi xe chạy ngang qua?

Khoa học tự nhiên 7 – phần Vật lý • Khám phá mở rộng

Tiếng còi có thể cao hơn khi nguồn tiến gần và thấp hơn khi nguồn đi xa vì nhịp các đợt sóng tới người nghe thay đổi. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng Doppler. Nó không yêu cầu bộ phát còi phải đổi tần số khi đi ngang người nghe. [1]

Những đợt sóng xuất phát ở những vị trí khác nhau

Một nguồn đứng yên phát các đợt dao động liên tiếp từ gần cùng một vị trí. Nếu nguồn dịch chuyển trong lúc phát, mỗi đợt mới bắt đầu từ một vị trí mới.

Ở phía nguồn tiến tới, các đợt được phát gần nhau hơn theo đường tới người nghe. Người nghe nhận chúng với nhịp nhanh hơn và cảm nhận âm cao hơn. Ở phía nguồn rời xa, khoảng cách giữa các đợt theo đường ấy lớn hơn và nhịp tới chậm hơn.

Không phải không khí bỗng truyền âm vô hạn nhanh để “đuổi kịp” xe. Với điều kiện môi trường thích hợp, tốc độ truyền âm vẫn do môi trường; chuyển động nguồn làm đổi cấu trúc các mặt sóng.

Cao thấp khác to nhỏ

Khi xe gần hơn, âm cũng thường mạnh hơn do khoảng cách giảm. Sự thay đổi mức âm và sự thay đổi tần số có thể xảy ra cùng lúc nhưng là hai điều khác nhau.

Một âm có thể trầm mà to, hoặc cao mà nhỏ. Nếu chỉ vặn nhỏ âm lượng trên một bản ghi, ta không tái tạo đầy đủ hiệu ứng Doppler.

Chuyển động theo góc nhìn mới quan trọng

Nguồn chạy ngang người nghe không nhất thiết có toàn bộ vận tốc hướng thẳng tới hay ra xa người đó. Phần chuyển động theo đường nối và vị trí thay đổi ảnh hưởng tín hiệu; vì vậy một tình huống thực tế có thể chuyển độ cao khá liên tục chứ không đổi nốt tức thì theo một hình đơn giản.

Người nghe chuyển động về phía một nguồn đứng yên cũng có thể nhận nhịp khác. Khi giải thích, cần nói rõ ai chuyển động so với môi trường và theo hướng nào.

Bài này là khám phá mở rộng về tần số. Không dùng các công thức Doppler dành cho nguồn dưới tốc độ âm để suy ra “tần số âm vô hạn” khi tiến tới vận tốc âm; lúc ấy cần một mô tả khác về nhiễu áp suất.

Kết nối với bài học

Bài học nền tảng: Độ to và độ cao của âm.

Đọc thêm: Âm to có đồng nghĩa âm cao.

Chương trình Khoa học tự nhiên 7 – phần Vật lý · Trợ lý AI Ước Mơ Lớn.

Nguồn tham khảo

• OpenStax — The Doppler Effect