Hãy tưởng tượng rằng bạn là một người lái xe cứu thương và bạn phải lái xe với tốc độ cao dọc theo các đường phố của một thành phố lớn chứa đầy ô tô. Bây giờ hãy tưởng tượng rằng bạn là một trong những đám đông trên vỉa hè. Bạn đang đứng ở ngã tư và chờ đợi thời điểm bạn có thể băng qua đường. Nhưng trước tiên bạn cần bỏ qua xe cứu thương đua xe.

Tiếng còi báo động của cô vang lên từ xa. Nhưng điều kỳ lạ là, một chiếc xe càng gần với chữ thập đỏ lái lên, âm thanh của còi báo động càng cao. Khi xe bắt đầu di chuyển đi, điều tương tự được lặp lại, nhưng ngược lại. Khi chiếc xe di chuyển đi, tiếng còi báo động ngày càng thấp dần cho đến khi nó biến mất hoàn toàn. Đồng thời, tài xế xe cứu thương không nhận thấy bất kỳ thay đổi nào. Đối với anh, chất lượng âm thanh không thay đổi.

Nhưng một người quan sát bên ngoài nghe thấy âm vực tăng lên và sau đó âm lượng giảm dần theo khoảng cách. Sóng âm lan truyền trong không khí giống như sóng biển trên mặt nước.

Vì vậy, những gì thực sự xảy ra. Ai đang nghe đúng? Người lái xe hay người đi bộ? Liệu âm thanh của còi báo động có thay đổi không? Cả hai đều đúng. Chính xác hơn, không ai nhầm lẫn: cả người lái xe và người đi bộ đều nghe chính xác những gì họ nên nghe. Sự khác biệt trong nhận thức là do hiệu ứng Doppler. Những gì chúng ta nghe thấy như âm thanh thực sự là sóng truyền qua không khí.

Còi báo động làm cho các phân tử không khí rung động. Sóng âm lan truyền trong không khí giống như sóng biển trên mặt nước.Sóng là vùng hiếm gặp, sau đó trở thành vùng nén. Quá trình này được lặp lại nhiều lần trong một giây và lây lan. Đây là sóng âm thanh. Các phần của các sóng càng gần nhau thì âm thanh càng cao, nghĩa là tần số của nó càng lớn.

Trong trường hợp của chúng tôi, khi sóng nhanh của Viking đến gần, các sóng âm thanh trở nên gần nhau hơn đối với người đi bộ, bởi vì tốc độ di chuyển của xe và âm thanh tăng lên. Khoảng cách giữa các sóng âm thanh càng nhỏ, tần số càng cao và âm thanh càng cao. Với việc loại bỏ máy, khoảng cách giữa các sóng với khoảng cách ngày càng tăng, nghĩa là tần số giảm dần và âm thanh trở nên thấp hơn. Những người trong xe và nguồn âm thanh bất động so với nhau. Do đó, không có thay đổi trong âm điệu xảy ra. Để nghe được những thay đổi về âm điệu, người nghe và nguồn âm thanh phải di chuyển tương đối với nhau.

Hiệu ứng Doppler không chỉ trong sóng âm thanh

Lấy sóng ánh sáng làm ví dụ. Nếu đèn màu vàng được lắp đặt thay cho còi báo động trên xe cứu thương, thì khi đến gần người quan sát, quang phổ của đèn sẽ chuyển sang phía màu xanh và khi được tháo ra, sang màu đỏ. Với các hiện tượng thông thường xung quanh chúng ta, tốc độ dịch chuyển tương đối thấp, vì vậy chúng tôi không nhận thấy những thay đổi trong phổ ánh sáng. Nhưng nếu tốc độ của xe cứu thương đang tiến gần đến tốc độ ánh sáng hoặc có thể so sánh với nó, thì chúng ta sẽ nhận thấy những thay đổi mong muốn.

Tần số là số lượng đỉnh sóng đã đi qua một điểm cụ thể trong một giây. Tần số càng cao, âm sắc của âm thanh càng cao hoặc ánh sáng càng trở nên xanh lam.Người lái xe trong trường hợp này sẽ thấy đèn vàng liên tục rơi trên đường. Nhưng một cỗ máy chuyển động sẽ nén các sóng phía trước nó và những người quan sát bất động trong khi tiếp cận nguồn sáng sẽ thấy sự dịch chuyển của phổ ánh sáng về phía màu xanh tần số cao. Khi chiếc xe di chuyển đi, người quan sát sẽ nhận thấy màu sắc của đèn pin chuyển từ màu xanh sang màu vàng. Dần dần, màu này sẽ biến thành màu đỏ, biến mất trên đường chân trời.