ドップラー効果：音源が近づくと音波が短くなる理由

ドップラー効果とは、音源や観測者の相対的な動きによって音波の周波数や波長が変化する現象です。質問者が疑問に思う「音源が近づく時、どうして音波の長さが短くなるのか？」について、今回はそのメカニズムをわかりやすく解説します。

ドップラー効果とは？

ドップラー効果は、音源が移動することによって音波の周波数が変化する現象です。音源が観測者に近づくと、音波の波長が短くなり、周波数が高くなることが特徴です。この現象は、車や列車が近づいてくるとサイレンの音が高く感じ、通り過ぎると低く感じる現象としても知られています。

音源が近づくと、音波の伝播方向において音波が「圧縮」されることになります。音源が観測者に向かって進んでいるため、音波が次々と観測者に近づく形になります。このように、音波が進む方向に圧縮されることで、音波の間隔（波長）が短くなり、その結果、観測者は周波数が高い音を感じることになります。

簡単に言えば、音源が移動することで音波が詰められるため、波長が短くなり、周波数が増加するのです。

音波は波として空間を伝播しますが、音源が近づくことにより、音波が観測者に届くまでの時間が短縮されます。この結果、音波が到達する速さが速くなり、音波の「密度」が高くなります。密度が高くなることで、波と波の間隔、つまり波長が短くなるのです。

音源が速く動くほど、波長はより短くなり、その影響が強くなります。これが、車のサイレンが近づくときに音が高く感じ、通り過ぎると低く感じる理由です。

ドップラー効果では、音波の波長だけでなく、周波数にも影響を与えます。音源が観測者に近づく場合、音波の波長が短くなり、結果的に周波数が高くなります。逆に、音源が観測者から遠ざかると、波長が長くなり、周波数は低くなります。

この変化は、音源と観測者の相対速度によって決まり、音源が速く近づくほど周波数の変化は大きくなります。ドップラー効果による周波数の変化は、音の高さ（ピッチ）として観測されます。

音源が近づくと音波が短くなるのは、音源が移動することによって音波が圧縮され、波長が短くなるからです。ドップラー効果によって、音源が観測者に近づく際に音波の周波数が増し、音が高く感じられます。逆に、音源が遠ざかると波長が長くなり、周波数が低くなります。これが、音源の動きと音波の性質の関係です。