Beispielfragen zum Doppler-Effekt

14 Beispiele für Fragen zum Doppler-Effekt

1. Aus der folgenden Aussage:
(1) P nähert sich S, das stationär ist.
(2) S nähert sich dem stationären Punkt P.
(3) P und S nähern sich einander an
(4) S und P bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit
Wenn P (Zuhörer) hört Klang Wenn die Frequenz höher ist als die von S (Quelle) ausgesendete Frequenz, dann ist die korrekte Aussage...
A. Nur (1), (2) und (3).
B. (1), (2), (3) und (4)
C. (1) und (3) nur
D. Nur (1) und (4).
E. (2) und (4) nur
Diskussion

Um dies mathematisch zu beweisen, führen wir zunächst die unten beschriebenen Berechnungen durch. Die folgenden Daten beruhen auf einer Annahme.
Hörgeschwindigkeit (v_p) = 60 m/s, wenn der Zuhörer schweigt, dann ist vp = 0
Die Geschwindigkeit der Schallquelle (v)_s) = 40 m/s, wenn die Schallquelle stationär ist, dann ist vs = 0
Schallgeschwindigkeit (v) = 340 m/s
Schallfrequenz (f) = 1000 Hertz

P nähert sich S, das stationär ist.
vp ist positiv, wenn sich der Zuhörer der Schallquelle nähert.
Die Schallquelle ist stumm, so dass v_s = 0

S nähert sich dem stationären Punkt P.
im Gegensatz zu negativ, wenn sich die Schallquelle dem Zuhörer nähert.
Der Zuhörer schwieg, so dass v_p = 0

P und S nähern sich einander
vp ist positiv, wenn sich der Zuhörer der Schallquelle nähert.
im Gegensatz zu negativ, wenn sich die Schallquelle dem Zuhörer nähert.

S und P bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit
Bewegen sich Schallquelle und Zuhörer mit der gleichen Geschwindigkeit, tritt der Doppler-Effekt nicht auf.
Die richtige Antwort ist A.

2. Ein Zuhörer steht neben einer Schallquelle mit einer Frequenz von 684 Hz. Eine weitere Schallquelle mit einer Frequenz von 676 Hz bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 2 m/s auf den Zuhörer zu.^-1Wenn die Schallgeschwindigkeit in Luft 340 m/s beträgt^-1Dann beträgt die vom Zuhörer wahrgenommene Frequenz des Drachens...
A. 2 Hz
B. 3 Hz
C. 4 Hz
D. 5 Hz
E. 6 Hz
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Frequenz der Schallquelle 1 (f₁) = 684 Hz (ruhig)
Frekuensi Schallquelle 2 (f₂) = 676 Hz (bewegt)
Die Geschwindigkeit der Schallquelle 2 (v₂) = 2 m/s (Bewegung auf den Zuhörer zu)
Schallgeschwindigkeit in Luft (v) = 340 m/s
Gefragt wurde: Welche Frequenz nimmt der Zuhörer beim Rufen des Drachens wahr?
Antwort:
Zuerst berechnet man die Frequenz des vom Zuhörer wahrgenommenen Schalls, wenn sich die Schallquelle nähert.

Drachenfrequenz = Differenz zwischen zwei vom Zuhörer wahrgenommenen Schallfrequenzen = Frequenz der stationären Schallquelle – Frequenz der sich bewegenden Schallquelle = 684 Hz – 680 Hz = 4 Hz.

Die richtige Antwort ist C.

3. Eine Schallquelle bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 20 ms.^-1 Annäherung an eine stehende Person. Die Frequenz der Schallquelle beträgt 380 Hz. Die Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt 400 m/s.^-1Die Frequenz der Schallwellen, die die Person hört, ist…

A. 400 Hz

B. 420 Hz

C. 440 Hz

D. 460 Hz

E. 480 Hz

Diskussion

Es ist bekannt, dass:

Die Geschwindigkeit der Schallquelle (v_s) = 20 ms^-1

Hörgeschwindigkeit (v_p) = 0

Frequenz der Schallquelle (f) = 380 Hz

Schallgeschwindigkeit (v) = 400 ms^-1

Gefragt: Die Frequenz der wahrgenommenen Schallwellen

Die richtige Antwort ist A.

4. Zug A fährt mit einer Geschwindigkeit von 72 km/h, Zug B fährt mit einer Geschwindigkeit von 90 km/h aufeinander zu. Lokführer A betätigt eine Pfeife mit einer Frequenz von 650 Hz. Die Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt 350 m/s.^-1Die Frequenz, die Ingenieur B von Pfeife A hört, beträgt dann...

A. 800 Hz

B. 740 Hz

C. 600 Hz

D. 540 Hz

E. 400 Hz

Diskussion

Es ist bekannt, dass:

Geschwindigkeit des Zuges A (v_A) = 72 km/h = 20 m/s, nähert sich Zug B

Geschwindigkeit des Zuges B (v_B) = 90 km/h = 25 m/s, nähert sich Zug A

Die Schallfrequenz des Zuges A (f_A) = 650 Hz

Schallgeschwindigkeit in Luft (v) = 350 m/s

Gefragt: Die Frequenz, die Ingenieur B von Pfeife A hört

Antwort:

Die Schallquelle befindet sich in Zug A und der Zuhörer in Zug B.

5. Eine Schallquelle bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s auf eine ruhende Person zu. Die Frequenz der Schallquelle beträgt 380 Hz und die Schallgeschwindigkeit in Luft 400 m/s. Die Frequenz der von der Person wahrgenommenen Schallwellen beträgt...

A. 400 Hz

B. 420 Hz

C. 440 Hz

D. 460 Hz

E. 480 Hz

Diskussion

Es ist bekannt, dass:

Die Geschwindigkeit der Schallquelle (v_s) = 20 m/s

Hörgeschwindigkeit (v_p) = 0

Frequenz der Schallquelle (f) = 380 Hz

Schallgeschwindigkeit in Luft (v) = 400 m/s

Gefragt: Frequenz des gehörten Schalls

Antwort:

Die richtige Antwort ist A.

6. Ein stillstehendes Kind bläst mit einer Pfeife mit einer Frequenz von 490 Hz in Richtung eines auf es zufahrenden Autos (siehe Abbildung). Der hörbare Unterschied zwischen der direkten Schallwelle und der vom Auto reflektierten Welle beträgt 10 Hz. Die Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt 340 m/s. Die Geschwindigkeit des Autos beträgt dann …

A. 6,9 ms^-1

B. 5,8 ms^-1

C. 4,4 ms ^-1

D. 3,8 ms ^-1

E. 3,4 ms ^-1

Diskussion

Es ist bekannt, dass:

Schallfrequenz (f) = 490 Hertz

Schallgeschwindigkeit in Luft (v) = 340 m/s

Der Zuhörer nähert sich der Schallquelle so, dass die Frequenz des wahrgenommenen Schalls höher ist als die Frequenz der Schallquelle. Die Frequenz des Schalls beträgt 490 Hertz, die Frequenz des Drachens 10 Hertz, daher beträgt die wahrgenommene Schallfrequenz (f') 500 Hertz.

Gefragt: Autogeschwindigkeit

Antwort:

Die Geschwindigkeit des Autos beträgt 6,9 m/s.

Die richtige Antwort ist A.

7. Ein Schüler steht am Straßenrand, als ein Auto mit einer Geschwindigkeit von 40 m/s von ihm wegfährt und dabei mit einer Frequenz von 300 Hz hupt. Die Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt 360 m/s. Wie hoch ist dann die Frequenz des Hupens, die der Schüler hört?
A. 250 Hz
B. 270 Hz
C. 300 Hz
D. 350 Hz
E. 400 Hz
Diskussion:
Doppler-Effekt-Formel für Schall :
f' = Frequenz des vom Zuhörer wahrgenommenen Schalls (1/s = Hz)
f = Frequenz des von der Quelle ausgesendeten Schalls (1/s = Hz)
v = Schallgeschwindigkeit (m/s)
v_p = Hörergeschwindigkeit (m/s)
v_s = Schallgeschwindigkeit der Quelle (m/s)
Schilderregeln:
v ist immer positiv
v_p Positiv, wenn sich der Zuhörer der Schallquelle nähert.
v_p negativ, wenn sich der Zuhörer von der Schallquelle entfernt.
v_s positiv, wenn sich die Schallquelle vom Zuhörer entfernt.
v_s negativ, wenn sich die Schallquelle dem Zuhörer nähert.
v_p = 0, wenn der Zuhörer schweigt.
v_s = 0, wenn die Schallquelle still ist
Ist bekannt :
v_s = 40 m/s
v_p = 0
f = 300 Hz
v = 360 m/s
Gefragt :
f '
Jawab :

Die richtige Antwort ist B.

8. Eine Schallquelle bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 30 m/s auf eine am Straßenrand stehende Person zu. Die Frequenz der Schallquelle beträgt 360 Hz und die Schallgeschwindigkeit in Luft 380 m/s. Die Frequenz der von der Person wahrgenommenen Schallwellen beträgt …
A. 391 Hz
B. 400 Hz
C. 430 Hz
D. 440 Hz
E. 460 Hz
Diskussion:
Ist bekannt :
v_s = – 30 m/s
v_p = 0
f = 360 Hz
v = 380 m/s
Gefragt :
f '
Jawab :

Die richtige Antwort ist A.

9. Ein Zuhörer befindet sich neben einer Schallquelle mit einer Frequenz von 742 Hz. Eine weitere Schallquelle mit einer Frequenz von 700 Hz bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s auf den Zuhörer zu. Beträgt die Schallgeschwindigkeit in Luft 340 m/s, so ist die vom Zuhörer wahrgenommene Frequenz des Drachens…
A. 2 Hz
B. 3 Hz
C. 4 Hz
D. 5 Hz
E. 6 Hz
Diskussion:
Ist bekannt :
f₁ = 680 Hz
f₂ = 700 Hz
v_s1 = 0 m/s
v_s2 = – 20 m/s
v = 340 m/s
Gefragt :
f Drachen?
Jawab :
Der Zuhörer befindet sich neben der Schallquelle, daher kann man schlussfolgern, dass die Schallquelle relativ zum Zuhörer ruht. Die vom Zuhörer wahrgenommene Frequenz der ruhenden Schallquelle beträgt:
742 hz
Eine weitere Schallquelle bewegt sich. Berechnen Sie die vom Zuhörer wahrgenommene Schallfrequenz einer sich bewegenden Schallquelle:

Die Frequenz der Schallwelle entspricht der Frequenzdifferenz der beiden interferierenden Schallwellen.
Die Drachenfrequenz ist:
744 Hz – 742 Hz = 2 Hertz
Die richtige Antwort ist A.

10. Zwei Autos A und B bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von jeweils 20 m/s aufeinander zu.^-1 und 40 ms^-1Fahrzeug B betätigt daraufhin die Hupe mit einer Frequenz von 580 Hz; die Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt 330 m/s.^-1Dann beträgt die Frequenz, die der Fahrer von Auto A vor dem Überholen hört, …

1. 670 Hz
2. 700 Hz
3. 720 Hz
4. 760 Hz
5. 800 Hz

Diskussion

Schilderregeln:
v ist immer positiv
v_p Positiv, wenn sich der Zuhörer der Schallquelle nähert.
v_p negativ, wenn sich der Zuhörer von der Schallquelle entfernt.
v_s positiv, wenn die Schallquelle vom Zuhörer abgewandt ist.
v_s negativ, wenn sich die Schallquelle dem Zuhörer nähert.
v_p = 0, wenn der Zuhörer schweigt.
v_s = 0, wenn die Schallquelle still ist

Es ist bekannt, dass:
Frequenz der Schallquelle (f) = 580 Hz
Hörgeschwindigkeit (v_p) = 20 ms^-1
Die Geschwindigkeit der Schallquelle (v)_s) = -40 ms^-1
Schallgeschwindigkeit (v) = 330 ms^-1
Gefragt: Frequenz des vom Zuhörer wahrgenommenen Schalls (f')
Antwort:

Formel für den Doppler-Effekt:
Die richtige Antwort ist B.

11. Auto A und Auto B bewegen sich voneinander weg; Auto A fährt mit einer Geschwindigkeit von 36 km/h.^-1 Beim Anschlagen eines langen Horns mit einer Frequenz von 700 Hz beträgt die Schallgeschwindigkeit in Luft 340 m/s.^-1Wenn die vom Fahrer des Wagens B gehörte Frequenz des Hupensignals 600 Hz beträgt, dann ist die Geschwindigkeit des Wagens B….

1. 30ms^-1
2. 35ms^-1
3. 40ms^-1
4. 50ms^-1
5. 65ms^-1

Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Frequenz der Schallquelle (f) = 700 Hz
Die vom Zuhörer wahrgenommene Frequenz (f') beträgt 600 Hz.
Die Geschwindigkeit der Schallquelle (v)_s) = 36 km/h = 36.000 Meter / 3600 Sekunden = 10 m/s
Schallgeschwindigkeit (v) = 340 ms^-1
Gefragt: Hörgeschwindigkeit (v_p)
Antwort:
v_p negativ, weil sich der Zuhörer von der Schallquelle entfernt.
v_s positiv, weil sich die Schallquelle vom Zuhörer entfernt.
Die richtige Antwort ist C.

12. Krankenwagen A fährt mit einer Geschwindigkeit von 0,25v hinter Pkw B, der mit einer Geschwindigkeit von 0,2v in gleicher Richtung fährt. In diesem Moment ertönt die Sirene von Krankenwagen A mit einer Frequenz von 1.000 Hz. Wenn die Schallgeschwindigkeit v beträgt, ist die vom Fahrer von Pkw B wahrgenommene Frequenz…

A. 1.500 Hz
B. 1.250 Hz
C. 1.111 Hz
D. 1.067 Hz
E. 1.000 Hz

Diskussion
Ist bekannt :
Frequenz der Schallquelle (f) = 1.000 Hz
Die Geschwindigkeit der Schallquelle (v)_s) = -0,25 v (relativ zum Medium, das den Schall leitet)
Schallgeschwindigkeit (v) = v
Hörgeschwindigkeit (v_p) = -0,2 v (relativ zum Medium, das den Schall leitet)
Gefragt : Frequenz des vom Zuhörer wahrgenommenen Schalls (f')
Jawab :

Formel für den Doppler-Effekt:
Schilderregeln:
v ist immer positiv
v_p Positiv, wenn sich der Zuhörer der Schallquelle nähert.
v_p negativ, wenn sich der Zuhörer von der Schallquelle entfernt.
v_s positiv, wenn die Schallquelle vom Zuhörer abgewandt ist.
v_s negativ, wenn sich die Schallquelle dem Zuhörer nähert.
v_p = 0, wenn der Zuhörer schweigt.
v_s = 0, wenn die Schallquelle still ist

Die richtige Antwort ist D.

13. Eine Schallquelle mit einer Frequenz von 640 Hz bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s auf einen Beobachter zu. Beträgt die Schallgeschwindigkeit in Luft 340 m/s und bewegt sich der Beobachter mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s von der Schallquelle weg, so ist die Frequenz des vom Beobachter wahrgenommenen Schalls…

A. 600 Hz
B. 660 Hz
C. 900 Hz
D. 980 Hz
E. 1300 Hz

Diskussion
Ist bekannt :
Frequenz der Schallquelle (f) = 640 Hz
Die Geschwindigkeit der Schallquelle (v_s) = -20 m/s (relativ zu Luft als schallleitendem Medium)
Schallgeschwindigkeit (v) = 340 m/s (relativ zu Luft als Schallübertragungsmedium)
Hörgeschwindigkeit (v_p) = -10 m/s (relativ zu Luft als schallleitendem Medium)
Gefragt : Frequenz des vom Zuhörer wahrgenommenen Schalls (f')
Jawab :
Die richtige Antwort ist B.

14. Eine Schallquelle bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 60 m/s. Ein Beobachter bewegt sich hinter ihr in dieselbe Richtung wie die Schallquelle mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s. Die Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt 340 m/s und die Frequenz der Schallquelle 800 Hz. Die Frequenz des vom Beobachter wahrgenommenen Schalls beträgt dann …
A. 700 Hz
B. 800 Hz
C. 940 Hz
D. 960 Hz
E. 1.120 Hz
Diskussion
Ist bekannt :
Frequenz der Schallquelle (f) = 800 Hz
Die Geschwindigkeit der Schallquelle (v_s) = 60 m/s (relativ zu Luft als schallleitendem Medium)
Schallgeschwindigkeit (v) = 340 m/s (relativ zu Luft als Schallübertragungsmedium)
Hörgeschwindigkeit (v_p) = 10 m/s (relativ zu Luft als schallleitendem Medium)
Gefragt : Frequenz des vom Zuhörer wahrgenommenen Schalls (f')
Jawab :

Die richtige Antwort ist A.

Fragequelle:

Physikfragen für die nationale Prüfung an weiterführenden Schulen/Berufsschulen