Der Dopplereffekt - ruhende Schallquelle, bewegter Beobachter.

Auf der Seite Dopplereffekt - bewegter Schallquelle, ruhender Beobachter hast du gelernt, dass ein ruhender Beobachter eine Erhöhung oder Erniedrigung der Frequenz einer Quelle hört, wenn sie sich auf ihn zu bzw. von ihm weg bewegt.

Nun gibt es auch noch eine zweite Art von Dopplereffekt, die du vielleicht auch schon beobachtet hast:
du fährst mit dem Auto am Sonntag an einer Kirche vorbei, die gerade zum Gottesdienst läutet. Auch hier hörst du eine Frequenzverschiebung der Kirchenglocken.
Diesmal ist jedoch die Quelle (Kirche) in Ruhe und der Beobachter (du, im Auto) bewegt sich.

Nun denkst du vielleicht, dass das für den Effekt keine Rolle spielen sollte, solange nur eine Relativbewegung zwischen Quelle und Beobachter erfolgt.
So einfach ist es leider nicht! Es macht nämlich schon einen Unterschied!

1.) Grundgedanken der Theorie.

Ruht die Schallquelle, so bedeutet dies, dass die Wellen immer von der gleichen Stelle aus abgestrahlt werden.
Die Wellenlänge λ ist hier also konstant.
Die folgenden Skizzen sollen den Unterschied zwischen dem Dopplereffekt bei bewegter und bei ruhender Quelle deutlich machen.

Dopplereffekt bei bewegter Quelle	Dopplereffekt bei ruhender Quelle
Die Wellen werden von verschiedenen Punkten aus abgestrahlt, weil sich die Quelle ja bewegt.	Die Wellen werden vom gleichen Punkt aus abgestrahlt, weil die Quelle in Ruhe ist.
Die Wellenlängen λv und λh vor und hinter der Quelle sind unterschiedlich, die Wellenlänge verändert sich im Raum.	Die Wellenlänge λ ist überall im Raum gleich.

• Warum gibt es dann bei ruhender Quelle überhaupt eine Frequenzverschiebung, also einen Dopplereffekt?

Bewegt sich der Beobachter auf den Wellenerreger zu (egal von welcher Seite!) so erreichen ihn die "Wellenberge" (hier ein Maximum des Schalldrucks) jeweils früher als wenn er in Ruhe wäre.
Ihm erscheint es daher so, als ob sich die Welle mit größerer Geschwindigkeit bewegen würde.

Bewegt er sich von der Quelle weg, so müssen ihm die Wellenberge quasi "hinterher laufen" und erreichen ihn später, es scheint dem Beobachter, als ob sich die Welle mit kleinerer Geschwindigkeit bewegt.

2.) Theorie für eine Bewegung des Beobachters auf die Quelle zu.

Für diesen Beobachter ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle v_zu = c + v.
Dabei ist c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle (Schallgeschwindigkeit), v die Geschwindigkeit, mit der sich der Beobachter auf die Quelle zu bewegt.

Welche Frequenz f_zu hört er nun?



Ein Beispiel:
Die Glocke der Kirche ertönt mit f = 800 Hz. Das Auto fährt mit 72 km/h (= 20 m/s) auf die Quelle zu
Welche Frequenz hört der Beobachter?

3.) Theorie für die Bewegung des Beobachters von der Quelle weg.

Für diesen Beobachter ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle v_weg = c - v.
Dabei ist c wieder die Schallgeschwindigkeit (Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle) und v die Geschwindigkeit, mit der sich der Beobachter von der Quelle weg bewegt.

Welche Frequenz hört dieser Beobachter?

Auch hierzu wieder ein Zahlenbeispiel:
Die Glocke der Kirche ertönt mit f = 800 Hz. Das Auto fährt mit 72 km/h (= 20 m/s) von der Quelle weg.
Welche Frequenz hört der Beobachter?

4. ) Grenzfälle.

Was hören die beiden Beobachter jeweils, wenn sie sich gerade mit Schallgeschwindigkeit c auf die Quelle zu bzw. von der Quelle wegbewegen?

4.1.) Beobachter bewegt sich auf die Quelle zu:

Er hört also gerade die doppelte Frequenz. Im Beispiel von oben würde er die Kirchenglocken also mit 1600 Hz hören.

4.2.) Beobachter bewegt sich von der Quelle weg:

Dieser Beobachter hört nichts.
Er bewegt sich gerade so schnell von der Quelle weg, wie die Wellen. Diese holen ihn niemals ein, daher kann er auch nichts hören.

5.) Weiterführende Links

Den Dopplereffekt für bewegte Quelle und ruhenden Beobachter findest du hier: Dopplereffekt - bewegte Schallquelle, ruhender Beobachter

Vergleich der beiden Dopplereffekte: Dopplereffekt - Vergleich der beiden Möglichkeiten

Grüninger, Landesbildungsserver, 2018