Effetto DopplerPerché il suono di una sirena cambia tono quando si avvicina o si allontana

Il suono cambia con il movimento

Chi ha sentito passare un'ambulanza conosce l'effetto: il tono della sirena sembra più acuto mentre si avvicina e più grave mentre si allontana, anche se la sirena emette sempre la stessa nota. Questo fenomeno si chiama effetto Doppler e dipende dal moto relativo tra sorgente e osservatore.

Concetto Chiave:

La frequenza percepita da un osservatore non è sempre uguale alla frequenza emessa dalla sorgente: dipende da come sorgente e osservatore si muovono l'uno rispetto all'altro.

1. Cos'è l'Effetto Doppler

Descrizione: una sorgente sonora in moto verso un osservatore fermo, e l'idea di base: la frequenza percepita cambia a seconda del moto relativo.

2. I Fronti d'Onda di una Sorgente in Moto

Descrizione: mentre la sorgente si muove, i fronti d'onda emessi in istanti successivi non sono più concentrici.
Cosa succede: davanti alla sorgente i fronti si addensano (lunghezza d'onda più corta → frequenza percepita più alta), dietro si diradano (lunghezza d'onda più lunga → frequenza percepita più bassa).

3. Sorgente in Moto, Osservatore Fermo

Descrizione: le formule per il caso più comune, come la sirena di un'ambulanza rispetto a chi è fermo sul marciapiede.
Le formule:
  1. Sorgente che si avvicina: f' = f · v / (v − vs)
  2. Sorgente che si allontana: f' = f · v / (v + vs)
  3. v è la velocità del suono, vs la velocità della sorgente

4. Osservatore in Moto, Sorgente Ferma

Descrizione: il caso complementare, quando è l'osservatore a muoversi verso o via da una sorgente ferma, fino alla formula generale con entrambi in moto.
Formula generale: f' = f · (v ± vo) / (v ∓ vs). I segni si scelgono in base al fatto che ci si avvicini (frequenza più alta) o ci si allontani (frequenza più bassa).

5. Un Esempio: la Sirena dell'Ambulanza

Descrizione: calcoliamo la frequenza percepita di una sirena a 700 Hz, con l'ambulanza a 30 m/s e il suono che viaggia a 340 m/s.
Dati: f = 700 Hz, vs = 30 m/s, v = 340 m/s
  1. Si avvicina: f' = 700 · 340/(340 − 30) ≈ 767,7 Hz
  2. Si allontana: f' = 700 · 340/(340 + 30) ≈ 643,2 Hz

6. Mettiti alla Prova: il Simulatore

Le formule di questa lezione valgono per il moto lungo la retta che unisce sorgente e osservatore. Nel Simulatore dell'Effetto Doppler puoi impostare tu posizione e velocità di entrambi, vista dall'alto, anche con un offset laterale come un'ambulanza che passa su una strada: guarda i fronti d'onda espandersi e ascolta in tempo reale come cambia il tono percepito.

Vai al Simulatore →

Riepilogo

Per calcolare la frequenza percepita a causa dell'effetto Doppler acustico:

  1. Sorgente in moto: f' = f · v / (v ∓ vs)
  2. Osservatore in moto: f' = f · (v ± vo) / v
  3. Caso generale: f' = f · (v ± vo) / (v ∓ vs)
  4. Avvicinamento → frequenza più alta; allontanamento → frequenza più bassa

L'effetto Doppler chiude il quadro delle onde meccaniche e del suono. Le stesse idee si applicano, con qualche differenza, anche alle onde luminose.

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