00:00Willkommen hier in diesem seltsamen Gebäude, wo sind wir eigentlich?
00:20Ich glaube auf dem Mars, in einer Station der Union Aerospace Corporation.
00:27Ist auch egal, denn in diesem Video geht es nicht um den Mars, sondern um den Doppler-Effekt.
00:34Bin selbst gespannt, wie der geht, hab keine Ahnung.
00:39Hab mich lange damit nicht befasst und alles vergessen, deswegen schauen wir mal, wie der Doppler-Effekt so geht.
00:47Es gibt allerdings jemanden, der das viel, viel, viel besser erklären kann als ich, nämlich Sheldon Cooper, der sich für eine Halloween-Party als Doppler-Effekt verkleidet hat.
01:02Schaut's.
01:03Was hat Sheldon für ein Kostüm an?
01:04Oh, er ist der Doppler-Effekt.
01:06Ja, das ist die wahrnehmbare Veränderung der Frequenz einer Welle, die sich auf einem Beobachter zu- und dann wieder fortbewegt.
01:15Oh, ja, jetzt erkenne ich es, der Doppler-Effekt.
01:19Es ist mir egal, ob es jemand versteht, ich gehe trotzdem als Doppler-Effekt.
01:23Nein, etwas anderes.
01:24Wenn es sein muss, kann ich Ihnen demonstrieren.
01:26Nyeow.
01:31Genau.
01:33Nyeow, nyeow.
01:34Ja, also worum geht's?
01:38Wir haben eine Wellenquelle, einen Sender, wie auch gesagt wird, und wenn diese Quelle der Sender sich bewegt, dann kommt es zum Doppler-Effekt.
01:52Hier ruht die Quelle, das ist der gelbe Ball, erstmal, also sie strahlt in Ruhe ihre Wellen ab.
01:59Unten ist die Funktion Elongation in Abhängigkeit von der Zeit.
02:05Und irgendwann kommt die Welle beim Empfänger, beim Beobachter an.
02:12Der Beobachter, das ist der violette Ball.
02:15Und der fängt dann auch an zu schwingen und registriert hier in diesem Fall erstmal genau dieselbe Frequenz, die von der Quelle abgestrahlt wird.
02:27Ist der Empfänger zum Beispiel das Ohr, dann schwingt eben das Trommelfell mit.
02:32Und ist der Empfänger ein Mikrofon, da schwingt in dem Mikrofon auch irgendeine Membran.
02:40Und die Frequenz F, die gleiche Frequenz, die die Quelle abstrahlt, wird registriert.
02:46So.
02:47Jetzt bewegt sich aber die Quelle.
02:51Und ihr seht, die Wellenfronten verdichten sich in Bewegungsrichtung des Senders.
02:56Hinter der Quelle werden die Wellen auseinandergezogen, vor der Quelle in Bewegungsrichtung werden sie verdichtet.
03:06Der Beobachter registriert jetzt eine kleinere Wellenlänge und eine höhere Frequenz, als die Quelle in Wirklichkeit, also in Ruhe abstrahlt.
03:17Und ihr wisst ja noch, hoffentlich, dass Wellenlänge und Frequenz antiproportional sind und Lambda gleich C durch F gilt.
03:27Mit C eben der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen, also Schallgeschwindigkeit oder Lichtgeschwindigkeit.
03:34Dieses C ist Lambda mal F, das ist ja der wichtigste Zusammenhang in der Wellenphysik.
03:40Das muss man wissen.
03:41Ja, das muss man natürlich wissen.
03:44Sag ich doch.
03:44Also hier eine höhere Frequenz und eine kleinere Wellenlänge, als eben normal, als diese Quelle in Ruhe abstrahlen würde.
03:53Bei Schall entspricht einer höheren Frequenz, einer kleineren Wellenlänge, ein höherer Ton als normal.
04:00Bei Licht wäre die Farbe zur kürzeren Wellenlänge, also zum violetten, beziehungsweise blauen Ende des Spektrums verschoben.
04:09Das nennt man darum Blauverschiebung.
04:11Umgekehrt, wenn die Quelle sich vom Beobachter weg bewegt, empfängt der Beobachter eine größere Wellenlänge, als die Quelle eigentlich ausstrahlt oder in Ruhe ausstrahlen würde.
04:24Bei Schall wäre das ein tieferer Ton, eine kleinere Frequenz.
04:28Und bei Licht bedeutet das eine größere Wellenlänge, eine Rotverschiebung, also eine Veränderung der Wellenlänge zum langwelligen roten Ende des Lichtspektrums.
04:40Wir bleiben in diesem und in den nächsten Videos erstmal beim Schall und beschreiben den Dopplereffekt für den Schall mathematisch.
04:49Das lässt sich später aber locker auf andere Wellenarten wie Wasserwellen oder elektromagnetische Wellen, also Licht, Funkwellen, Radiowellen übertragen.
05:01So, halten wir mal fest.
05:03Der Doppler-Effekt ist ein Phänomen, das bei Wellen auftritt.
05:10Christian Doppler, ein Physiker, der im 19. Jahrhundert lebte, beschrieb als erster diesen Effekt, deswegen hat man das auch nach ihm benannt.
05:20So sah Christian Doppler aus, eine der ersten Fotografien, die es überhaupt gegeben hat, eine Daguerreotypie, wie man das damals nannte.
05:32Christian Doppler versuchte übrigens die Farbe der Sterne mit deren Bewegung, mit deren Geschwindigkeit zu erklären.
05:39Ja, prinzipiell geht das auch, aber die Farbänderungen durch den Doppler-Effekt sind sehr, sehr klein, zumindest bei Sternen.
05:51Das heißt, im Sternspektrum kann man das nachweisen, aber die Sternfarbe selbst ist vor allem durch die Temperatur, da hat der Doppler-Effekt so gut wie nichts mit zu tun.
06:02Und wie gesagt, Bewegung des Senders, Bewegung der Quelle, führt zu dieser Stauchung oder Dehnung der Wellen.
06:11Aber nicht nur Wellen, alle übertragenen Signale, also zum Beispiel auch Morse-Zeichen, unterliegen dem Doppler-Effekt.
06:21Die werden dann eben kürzer oder länger, also, und den Doppler-Effekt, den kennt auch jeder von euch irgendwie aus der täglichen Anschauung,
06:32Ein Klassiker ist zum Beispiel der Rettungswagen.
06:35Wenn eine Schaltquelle, wie eben ein Rettungswagen oder ein Formel-1-Auto, an einem ruhenden Empfänger, zum Beispiel einem Mikrofon, vorbeifährt,
06:46bekommt man genau das Geräusch, das Sheldon immer gemacht hat, wenn er den Doppler-Effekt darstellen will.
06:53Also dieses...
06:55Der Wagen fährt zuerst auf das Mikrofon zu, die Wellenfronten werden verdichtet, die Frequenz wird höher, der Ton immer höher.
07:11Dann ist der Wagen am Mikrofon vorbei und bewegt sich jetzt vom Mikro weg, also vom Beobachter.
07:18Ja, das Mikro ist ja quasi der Beobachter, der Empfänger.
07:21Und die Wellen werden dann eben verlängert und die Frequenz sinkt.
07:25Und das bedeutet eben einen immer tieferen Ton.
07:29Diese plötzliche Frequenzverminderung passiert genau dann, wenn der Wagen am Mikrofon vorbeifährt.
07:36Passiert beim Rettungswagen, passiert in der Formel-1, passiert bei Lokomotiven beispielsweise, der Doppler-Effekt ist überall.
08:04Ja, der Doppler-Effekt ist tatsächlich überall.
08:26Tatsächlich kennen das sehr viele, aber können es oft nicht erklären und wissen mit dem Doppler-Effekt nichts anzufangen.
08:35Schaut selbst.
08:56Ich krieg's einfach nicht raus.
09:04Ich bin der Doppler-Effekt.
09:06Okay, wenn das irgendeine Art Lernbehinderung ist, finde ich das äußerst geschmacklos.
09:12Wieso sagst du nicht einfach, du wärst ein Zebra?
09:15Oh, hey Leute, geht's euch gut?
09:17Die Reaktionen zu meinem Kostüm geben Anlass zu einem vernichtenden Urteil über das amerikanische Bildungssystem.
09:23Na, du gehst als Zebra, oder?
09:26Noch ein Kind ist den Anschluss verpasst.
09:28So, Schluss mit lustig.
09:31Am Ende muss nochmal eine ganz ernste Fallunterscheidung gemacht werden.
09:36Es gibt nämlich vier Arten oder vier Fälle von Doppler-Effekt.
09:41Was wir bisher besprochen hatten, ist Fall 1.
09:45Der Beobachter, beziehungsweise der Empfänger, ruht.
09:49Der Sender, also die Quelle, bewegt sich mit der Geschwindigkeit VQ.
09:56Den Index Q nehme ich mal für die Quelle.
09:59Werde ich eigentlich immer jetzt für die Quelle nehmen.
10:03Fall 1 ist der wichtigste und am häufigsten gebrauchte Fall des Doppler-Effekts.
10:08Es gibt aber auch den umgekehrten Fall, Fall 2.
10:13Die Wellenquelle ruht und der Empfänger bewegt sich.
10:17Die Geschwindigkeit ist VE.
10:20Den Index E nehme ich jetzt immer für den Empfänger.
10:23In diesem Fall ist dann tatsächlich einiges anders als im Fall 1.
10:29Es kommt tatsächlich öfter mal die Frage, ob das nicht egal ist, was sich jetzt bewegt.
10:34Ob sich jetzt die Quelle bewegt oder der Empfänger.
10:37Und es nur auf die Relativgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger ankommt.
10:42Ja, diese Frage kommt öfter und die Antwort ist, nein, es ist nicht egal.
10:49Die Geschwindigkeit von Quelle und vom Empfänger ist immer relativ zum ruhend angenommenen Medium.
10:55Also dem Stoff, in dem sich die Wellen ausbreiten.
11:00Das ist bei Schall eben die Luft, bei Wasserwellen eben das Wasser und bei Licht, ja, da reden wir später drüber.
11:08Also es ist immer die Geschwindigkeit gemessen zum Medium, zum Stoff, wo sich die Wellen ausbreiten.
11:15Deswegen ist es nicht egal, wer sich bewegt.
11:18Ob sich jetzt die Quelle bewegt oder ob sich der Sender bewegt oder ob sich der Empfänger bewegt, ist tatsächlich was völlig anderes.
11:26Der Doppeleffekt ist in beiden Fällen wirklich anders.
11:29Und es gibt sogar noch einen dritten Fall, dass sich sowohl die Quelle als auch der Empfänger bewegen.
11:35Dieser Fall ist schon ziemlich knifflig, wenn man den mathematisch beschreiben möchte.
11:40Geht aber, ist so schlimm auch nicht.
11:43Und Fall 4 gibt es auch noch und das ist der perverseste, der komplizierteste Fall.
11:48In den Fällen 1 bis 3 sind wir von einem ruhenden Medium, also bei Schall der ruhenden Luft ausgegangen.
11:56Und die Geschwindigkeit von Quelle und vom Beobachter werden eben gegen das ruhende Medium gemessen.
12:03Aber jetzt, Fall 4, haben wir jetzt auch noch eine Geschwindigkeit im Medium.
12:09Also im Medium bewegt sich auch noch was.
12:12Da sind meinetwegen Strömungen oder gar Turbulenzen drin.
12:16Und das ist eben der vierte, der schwierigste Fall.
12:19Der ist richtig kompliziert, je nachdem wie die Bewegung des Mediums aussieht.
12:26In einfachen Fällen kann man das noch rechnen, aber meistens geht das gar nicht mehr ohne Numerik, ohne Computer.
12:32Eine einfache Strömung kann man eben noch analytisch lösen, auf Papier sozusagen.
12:38Aber dann hört es auf.
12:39Ja, gerade wenn man Turbulenzen drin hat, wenn man kompliziertere Strömungsfelder im Medium hat, dann geht es nicht mehr ohne Computer, ohne numerische Mathematik.
12:51So, das sind die vier Fälle des Doppler-Effekts.
12:54Und jetzt sollte euch auch klar sein, was der Doppler-Effekt ist und wie er funktioniert.
13:00Das war es erstmal.
13:01Im nächsten Video würde ich mal sagen, machen wir den Fall 1 etwas genauer.
13:07Da geht es dann um die mathematische Beschreibung des Doppler-Effekts, wenn die Kräder sich bewegt.
13:13Und da werde ich euch tatsächlich, kann ich nicht ändern, mit Formeln zuwerfen müssen.
13:17Ist eben so.
13:18Ja.
13:19Danke fürs Zuschauen, Zuhören und bis zum nächsten Video.
