[일반물리학] 도플러효과에서 상대속도에 대한 이해 (Doppler effect, physics)

질문 요약

질문2: A가 가만히 있고 C가 움직인다고 생각할 때, 도플러 효과에서 왜 340+10이 아니라 340-10인가요?

답변 요약

도플러 효과에서 상대속도를 나타내는 기준은 매질좌표계입니다. 음파의 방향에 따라 발생하는 음파의 위상속도가 달라지는데, 오른쪽으로 진행하는 음파는 속도 차이인 10m/s를 뺀 340m/s이고, 왼쪽으로 진행하는 음파는 속도 차이인 10m/s를 더한 340m/s입니다. 이해가 되실런지요?

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도플러 효과에서 상대속도에 대한 이해

일반 물리학에서 다루는 이론 중 하나인 도플러 효과는, 소리나 빛과 같은 파동의 주파수가 그 파동의 발생원과 관찰자 사이의 상대적인 속도에 따라 변화하는 현상을 설명합니다. 이 현상은 열차가 지나가면서 소리의 높이가 변하는 것과 같이 우리 일상생활에서도 쉽게 경험할 수 있습니다.

그런데 여기서 질문이 생겼습니다. "A가 가만히 있고 C가 움직인다고 생각할 때, 도플러 효과에서 왜 340+10이 아니라 340-10인가요?" 이 질문에 대한 답변을 드리겠습니다.

먼저, 매질좌표계라는 개념에 대해 이해해야 합니다. 매질좌표계란, 속도를 측정하는 기준이 되는 좌표계로서, 일반적으로 음파의 발생원이나 관찰자가 물체를 이루는 입자와 같은 속도로 움직이는 좌표계를 의미합니다.

도플러 효과에서 상대속도를 나타내는 기준은 이 매질좌표계입니다. 음파의 방향에 따라 발생하는 음파의 위상속도가 달라지는데, 먼저 음파가 오른쪽으로 진행한다고 가정하겠습니다. 이 경우, 매질좌표계로 부터 보면 음파의 속도는 속도 차이인 10m/s를 뺀 340m/s이 됩니다.

반대로, 음파가 왼쪽으로 진행한다면, 음파의 속도는 속도 차이인 10m/s를 더한 350m/s가 됩니다. 즉, 음파의 진행방향에 따라서 음파의 속도가 달라지는 것입니다.

이제 이해가 되셨을 것입니다. 도플러 효과에서 상대속도는 매질좌표계를 기준으로 하며, 음파의 진행 방향에 따라 음파의 속도가 달라지게 됩니다. 이러한 이해를 바탕으로 도플러 효과를 이해하시면, 물리학에 대한 깊은 이해를 가질 수 있을 것입니다.

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