ドップラー効果とミニ四駆
ドップラー効果を使った速度測定の実験をやってみた。
ドップラー効果と言えば、まず思い付くのが救急車のサイレンで、救急車が近付いて来る時は、音の高さが高く聞こえて、遠ざかって行く時は、音の高さが低く聞こえるというあれです。
パトカーでも可です。＼(^o^)／
音の高さは、音源と観測者の速度によって決まるので、音の高さから、音源の速度が計算できるという訳です。
ドップラー効果の原理については、詳しいページに任せるとして、今回は、実測してみた結果について書き残します。
ドップラー効果を観測するには、音源か観測者が動く必要がある。
センサーを持って走るという手もあるけど、大変なので、音源をミニ四駆に乗せて走らせることにした。
こんな感じです。
かなり無理矢理感があるけど、走ればO.K.！
○実験に必要なもの
・ミニ四駆 1台
・iPhone 1台
・音の高さを測定するiPhoneのアプリ(n-Track Tunerというものを使用)
・チューニング用の音源
○実験方法
・音源から音を出して、止まっている状態で、iPhoneのアプリで、音の高さを測定する。
・ミニ四駆のスイッチを入れて、走らせた状態で、音の高さを測定する。
・測定を元にミニ四駆の速度を計算する。
○実験結果
音源は、ラの音(A、440[Hz])を使ったんだけど、共振なのかなんなのか1322[Hz]と測定されてしまう。
実際には、飛び飛びで複数の周波数が観測されるんだけど、1番強いのが1322[Hz]ぐらいらしい。
まぁ、何の音だろうが、止まっている時と動いている時の周波数の違いがわかれば良いので、この周波数で良いことにした。
数値は、細かく変動するのを読むのが難しいから、少数切り捨てです。
いよいよミニ四駆を走らせてみた。
まずは、音を聞いてみる。
確かに離れて行く時には、音が低くなってる気がしなくもないが、私は元々音感が弱いので良くわかんない。
しょうがないので、アプリで測定するんだけど、部屋の中だと、すぐに走り終わってしまうために、なかなか周波数を読み取れない。
本当なら何回か測定して、平均でも取りたいところなんだけど、そんなレベルじゃぁない。
しょうがないので、なんとか読み取れた値で、ミニ四駆の速度を計算してみることにした。
読み取れた周波数は、1313[Hz]だった。
これをドップラー効果の式に当てはめる。
ドップラー効果の式は、以下のようなもの。
f' = f × (V - Vo) ／ (V - Vs)
f':観測された周波数
f:音源の周波数
V:音速
Vo:観測者の速度
Vs:音源の速度
V = 331.5 + 0.6 × t
t:気温(摂氏)
なので、今回は、332.7[m/s]として計算した。
と言う訳で、以下の値を代入して計算する。
f' = 1313 [Hz]
f = 1322 [Hz]
V = 332.7 [m/s]
Vo = 0 [m/s]
Vs:未知数
そうすると、音源の速度Vsは、以下のようになった。
Vs = - 2.28 [m/s] = - 8.2 [km/h]
マイナスなのは、音が進む方向と逆に進んでいる(ミニ四駆が遠ざかっている)からだろう。
人の歩く速さが、大体4[km/h]だと言うから、その倍ぐらいだと思うと、妥当な線のように思える。
たまたまかもしれないけど。
そんなこんなで、やっぱり計測は難しいなぁって感じで、今回の実験は、終わりとしたいと思います。
