1000Hz の音を出す飛行機が静止した観測者に音速で近づくとき，観測者に聞こえる音の振動数 (周波

1000Hz の音を出す飛行機が静止した観測者に音速で近づくとき，観測者に聞こえる音の振動数 (周波数) はいくつか．

答えは聞こえない(振動数がわからない)らしいのですが、どういうことですか？

それと観測者から音速で遠ざかるとき，観測者に聞こえる音の振動数は500Hzなのですが、なぜですか？

No.2 ベストアンサー 回答者： masterkoto 回答日時： 2020/09/16 22:47

ドップラー効果の公式を使えばよいのです

ドップラー効果の公式：f={(V-u)/(V-W)}fo （ただし、foは音源からでる音の振動数、Vは音速、uは観測者の速度、Wは音源の速度
ｆは観測者が聞く振動数。なお音が観測者に向かう向きが正）

公式に、まずは2つ目の問題の値を代入
観測者の速度はu=0
音は340m/sで観測者へと向かうからV=+340
音源は音とは真逆の方向（観測者から遠ざかる向き）に進むから　音源の速度は-340m/sという扱いでwへ代入
fo=1000Hzとして
f={(V-u)/(V-W)}fo=[(340-0)/{(340-(-340)}]・1000=(340/680)x1000=500Hz

次に初めの問題では　音源の速度は音が観測者に向かう向きと同じだから　W=+340として公式に代入
そうすると
f={(V-u)/(V-W)}fo＝{(340-0)/(340-340)}・1000=(340/0)・1000
ここで、分母が０になってしまったが　分母０は定義されていない！
つまりこの式は値がいくつになるかわからないので　fが求まらないということです

No.7 回答者： masterkoto 回答日時： 2020/09/18 16:29

ちなみにね　誰も書いていないよだから補足しておきますが

このように、飛行機が音速以上の速度で観測者に近づくとき
ドカン　というすごい音がします！
これを「衝撃波」といいますよ！

No.6 回答者： fxq11011 回答日時： 2020/09/17 17:18

追記

音はエネルギーなので質量がありません、質量がなければ慣性の法則は適用できません。
もし質量があれば、音源を離れた瞬間、慣性の法則で、音源と同じ方向に同じ速度で移動します。
慣性の法則が適用されなければ、音源を離れた瞬間から、音速で、後方にも伝わります。
近づく場合は、音は音速で近づきます、音源も同時に音速で近づきますね、音が聞こえたときは、音源も同時に到達していますね。
＞近づくとき
音源がまだ到達していない状況の表現ですね、もちろん音も到達していません。

No.5 回答者： fxq11011 回答日時： 2020/09/17 17:05

音源が音速で移動すれば、音の波動が音源より前に出ることはない。

移動方向で離れた人には届くはずもない。
V（速度）＝ｎ（周波数）λ（波長）
音源が遠ざかるので、波長が間延びします、音の伝わる速度は変わらないので、上の指揮にあたはめれば、周波数は低くなりますね。
音速で遠ざかれば波長は２倍になります。当然周波数は半分ですね

No.4 回答者： isoworld 回答日時： 2020/09/17 09:51

「音速」で近づく、というのがミソです。

1,000Hzであろうと、2,000Hzであろうと、その音が伝わって来る速度（音速）と飛行機が近づいてくる速度が同じなら、観測者にとっては音にはなりません。
飛行機が離れて行くときは、ドップラー効果の計算式を使えば答えが出ます。

No.3 回答者： tknakamuri 回答日時： 2020/09/17 00:04

飛行機と音の速さが同じなので、

飛行機の前方に飛行機が発した音がある筈有りません。

従って何も聞こえません。

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2020/09/16 22:46

「観測者に音速で近づく」ということは、1分前に出した音も、30秒前に出した音も、10秒前に出した音も、0.1秒前に出した音も、みんな「音源」と同時に到着します。

さて、一体いくつの「波の山」が届くでしょうか？
全部同時に、時間幅「0」の中に入った状態で届きます。
では、その振動数はいくつ？

「観測者から音速で遠ざかるとき」には、ある時間に出した音を基準にすれば、その１秒後に出した音は、距離が音速分増えているので観測者には「２秒後」に届きます。音源が出した音は「１秒間に1000個の山」ですから、この「1000個の山」が「2秒間」にわたって到着することになります。「2秒間に受け取る山の数が1000個」なので「1秒あたりの山の数は500個」つまり「500 Hz」ということになります。

空間の座標に時間を含めた「4次元」での現象として想像してみれば理解できるはずです。「静止画」ではダメですよ、「動画」ですよ。