Versuchsdurchführung

a) Dopplereffekt mit Stimmgabel

 

Eine schwingende Stimmgabel wird von Hand schnell in Richtung Tafel zubewegt. Personen im Hörsaal empfangen sowohl die Schwingungen von der sich entfernenden Stimmgabel als auch die von der Tafel reflektierten und haben den Eindruck einer leichten Modulation.

b) bewegte Pfeife

Eine auf den e-Ton abgestimmte Pfeife wird über einen flexiblen Schlauch mit Pressluft betrieben. Der Experimentator fasst den Schlauch mit der Hand und wirbelt die Pfeife im Kreis herum. Durch die periodisch wechselnde Geschwindgkeitskomponente in Richtung des Zuhörers nimmt dieser eine deutliche Modulation (Jaulen) wahr.

c) "Luftheuler"

Das Kinderspielzeug “Luftheuler” ist ein Kunststoffwellenschlauch, der ebenfalls von Hand hermumgewirbelt wird. Der Dopplereffekt spielt hier (wenn überhaupt) eine untergeordnete Rolle:

Auszug aus dem Beiblatt des Herstellers vom "Luftheuler"

Luftheuler

Die Luft strömt vom Ende des Rohres, an dem es gehalten wird, zu dem Ende, das herumgewirbelt wird, denn hier vermindert die schnelle Bewegung den Luftdruck (Bernoulli'sches Prinzip). Der Luftdruck am gehaltenen Ende dagegen ist atmosphärischer Druck. Sobald die Luft über die Rillen fließt, beginnt sie zu schwingen. Die Frequenz dieser Schwingung wird durch die Geschwindigkeit des Luftstroms bestimmt. Aus dem kleinen Bereich der Schwingungen, die bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit erzeugt werden, wird jene Frequenz verstärkt, die im Rohr Resonanzschwingungen anregen kann (Orgelpfeifenprinzip). Das ergibt dann den hörbaren Ton.
Bei einer höheren Drehgeschwindigkeit bewegt sich der Bereich der Luftschwingungen zu höheren Frequenzen hin und eine Oberschwingung des Rohres wird angeregt und hörbar. Der Tonwechsel geht also in Sprüngen vor sich:

Bezeichnet \( c\) die Schallgeschwindigkeit, \(1\) die Länge des Luftheulers, und \( \nu_0\) die Grundfrequenz, so gilt:

\(\nu_0= \frac{c}{2 1} \) (entspricht ungefähr 200 Hz)

Für die Frequenz \( \nu_k\) der k-ten Oberschwingung gilt:

\(\nu_k= (k+1)\cdot \frac{c}{2 1} \)

Durch rasches Drehen des Luftheulers können bis zu vier oder fünf Oberschwingungen angeregt werden. Wird die Länge des Luftheulers verkürzt (abschneiden!), erhält man ein anderes Frequenzspektrum gemäß obiger Formel.

 

d) Dopplereffekt mit Wasserwellen

Dopplereffekt mit Wasserwellen (Versuch 123 Wellenwanne)