// EXP.05 — DOPPLER_EFFECT

DOP
PLER

다가올수록 높게,
멀어질수록 낮게.

움직이는 음원이 만드는 파면은 진행 방향으로는 촘촘해지고, 반대쪽으로는 성글어집니다. 음원의 속도와 진동수, 매질을 직접 바꿔가며 파면의 압축·팽창과 관측 진동수 변화를 함께 관찰해보세요.

▶ RUNSIMULATION
DIFFICULTY 4단계 중 3단계
WAVEFRONT.VIEW● LIVE

f′ = f · c / (c − v)

c
340m/s
v
50%c
f
440Hz
f′
880Hz
THEORY.LOG — 개념/05

도플러 효과란?

소리는 매질(공기 등)을 통해 일정한 속력으로 퍼져나가는 파동입니다. 음원이 가만히 있으면 사방으로 똑같은 간격의 파면이 퍼지지만, 음원이 움직이면 이야기가 달라집니다 — 진행 방향 쪽으로는 다음 파면을 더 가까운 곳에서 내보내게 되어 파면 간격(파장)이 줄어들고, 반대쪽은 멀어지면서 내보내 파장이 늘어납니다. 파장이 짧아지면 더 높은 진동수(높은 음)로, 길어지면 더 낮은 진동수(낮은 음)로 들립니다. 구급차가 다가올 때 사이렌이 높게, 멀어질 때 낮게 들리는 이유가 바로 이것입니다.

이렇게 관찰해보세요

  1. 음원 속도를 낮게 두고 시작하면, 관측 진동수 그래프가 원래 진동수 근처에서 완만하게 오르내리는 걸 볼 수 있습니다.
  2. 음원 속도를 음속의 90%에 가깝게 올리면, 다가올 때와 멀어질 때 진동수 차이가 훨씬 커지고, 최근접 지점을 지나는 순간 그래프가 눈에 띄게 급하게 꺾입니다.
  3. 최근접 거리를 0에 가깝게 줄이면 음원이 관측자 바로 옆을 정면으로 스쳐 지나가고, 값을 키우면 더 멀리서 비껴 지나갑니다 — 거리가 멀수록 진동수 변화가 완만해지는 걸 비교해보세요.
  4. 매질의 음속을 공기·물·철 등으로 바꿔가며, 같은 음원 속도라도 매질에 따라 효과가 얼마나 달라지는지 실험해보세요.
APPROACHf′ = f·c/(c−v)
RECEDEf′ = f·c/(c+v)
AT RESTv = 0 → f′ = f

실생활 사례

구급차 사이렌이 지나갈 때SOUND

다가올 때는 앞쪽 파면이 촘촘해져 높은 음, 지나쳐 멀어질 때는 파면 간격이 벌어져 낮은 음으로 들립니다.

사이렌 자체는 내내 같은 소리를 냅니다. 변한 것은 소리가 아니라 그 소리가 나에게 도착하는 간격이라, 구급차 안에 탄 사람에게는 음높이가 조금도 변하지 않습니다.

음높이가 바뀌는 속도는 구급차가 얼마나 가까이 지나가는지에 달려 있습니다. 바로 앞을 스칠수록 다가옴에서 멀어짐으로 뒤집히는 데 걸리는 시간이 짧아 음이 뚝 떨어지고, 멀리서 비껴 가면 같은 변화가 훨씬 완만하게 들립니다.

별빛의 색이 알려주는 별의 움직임LIGHT

빛도 파동이라 똑같은 일이 일어납니다. 별이 다가오면 파장이 짧아져 파란 쪽으로(청색편이), 멀어지면 길어져 붉은 쪽으로 밀립니다(적색편이).

재는 것은 색이 아니라 스펙트럼에 난 흡수선의 위치입니다. 원소마다 나타나는 파장이 정해져 있어서, 그 선이 밀린 정도로 별이 다가오거나 멀어지는 속도까지 계산할 수 있습니다.

행성이 별을 돌면 별도 끌려 흔들리고, 그 흔들림이 주기적인 편이로 나타납니다. 1995년 51 페가수스에서 약 4.2일 주기의 편이가 발견됐는데, 태양 같은 별을 도는 행성을 찾은 첫 사례였습니다.

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