救急車のサイレン(理系の方向け)

救急車が近づいてきた時、観測者であるカメオの鼓膜に届く音波の間隔が狭くなるから。

ドップラー効果
音源と観測者の相対的な位置の変化により音程が変化する効果。
音源と観測者のどちらかが動くと発生します。



思考実験的解説
カメオがＡ地点にいる時、Ａから100m離れたＢ地点にいる救急車がサイレンを鳴らしたとする。
この時の音の速さを秒速10mと仮定する。(ありえませんがわかりやすく解説する為です)

サイレンの音をＱと表現し、実験開始後の最初のサイレンをＱ1、2秒後のサイレンをＱ2、4秒後のサイレンをＱ4とすると

お互いが動かない場合
Ｑ1は10秒後にカメオの鼓膜に到着
Ｑ2は12秒後にカメオの鼓膜に到着
Ｑ4は14秒後にカメオの鼓膜に到着
と表わすことができる。

しかしここで救急車がサイレンを鳴らしながら秒速5mでまっすぐカメオに向かって近づき始めると
Ｑ1は10秒後にカメオの鼓膜に到着
Ｑ2は11秒後にカメオの鼓膜に到着(90m地点に救急車が移動するのに2秒かかる為、9秒+2秒)
Ｑ4は12秒後にカメオの鼓膜に到着(80m地点に救急車が移動するのに4秒かかる為、8秒+4秒)

となり、お互いが動かない場合に比べＱ2とＱ4は早くカメオの鼓膜に到達しています。
するとその分カメオの鼓膜が早く振動する事となり、観測者の耳には高音に聞こえるという原理でした。



ちなみにこの実験では救急車がまっすぐカメオに向かってきているのでカメオは20秒後に轢かれます。