25.05.2023

Was Martinshorn und Ente gemeinsam haben

Bild: pixabay [CCO]

Wenn Sie schon einmal von einem Einsatzwagen mit Martinshorn überholt wurden, haben Sie sich vielleicht darüber gewundert, warum sich die Tonhöhe der Sirene ändert, sobald das Auto an Ihnen vorbeigefahren ist. Vielleicht ist Ihnen aber auch der Physikunterricht der 7. Klasse noch gut im Gedächtnis geblieben und Sie wissen, wieso es dazu kommt.

Den Nachweis und die Erklärung dieses akustischen Phänomens, den sogenannten Dopplereffekt, erbrachte Mitte des 19. Jahrhunderts der Physiker und Namensgeber Christian Doppler. Eigentlich wollte er seine Hypothese, dass die Farbigkeit der Sterne auf der Entfernungsänderung während der Lichtaussendung beruhe, untermauern.

In seiner Abhandlung "Über das farbige Licht der Doppelsterne und einiger anderer Gestirne des Himmels", die er 1842 vorlegte, postulierte Doppler, dass die schnelle Bewegung beider Sterne zueinander und in Bezug zur Sonne, die sie umkreisen, den von der Erde aus sichtbaren Farbwechsel verursacht. Grundlage für seine These war die Überlegung, dass die Wellenlänge des Lichts durch die Bewegung der Sterne gestaucht und damit verändert würde. Allerdings war seine Theorie schon nach dem damaligen Kenntnisstand der Astronomen unhaltbar.

Bei den Versuchen, seine Wissenschaftskollegen doch noch zu überzeugen, übertrug er seine Überlegungen bezüglich der Lichtwellen auf Schallwellen. Mithilfe des niederländischen Meteorologen Christoph Buys-Ballot, mehreren Trompetern und einer Dampflok, die es auf immerhin 70 km/h brachte, wollte er seine Theorie endgültig beweisen.

Die Trompeter bliesen auf einem offenen Waggon des fahrenden Zuges den Ton G. Für die neben dem Gleis wartenden Wissenschaftler klang der Ton, während sich der Zug näherte, tatsächlich höher. Nachdem der Zug sich entfernt hatte, schien der Ton tiefer zu werden. Für Doppler war damit der Beweis seiner Theorie zum Zusammenhang von Geschwindigkeit und Stauchung von Wellen zuverlässig erbracht. Sein Kollege Buys-Ballot warnte jedoch davor, den akustischen Beweis auf die Sternfarben anzuwenden.

Aber wieso ändert sich nun die Tonhöhe für den am Gleis wartenden Wissenschaftler oder den Autofahrer, den ein Einsatzwagen überholt? Wir nehmen Töne wahr, da sich der Schall wellenförmig in Richtung unseres Ohrs ausbreitet. Je dichter die Wellenberge nebeneinanderstehen, umso höher klingt ein Ton. Je weiter sie voneinander entfernt sind, desto tiefer hören wir ihn. Fährt der Einsatzwagen mit Sirene nun im schnellen Tempo auf uns zu, so schiebt er die Schallwellen vor sich her und drückt sie dabei zusammen, so dass die Wellenberge dichter beieinander liegen. Ist er direkt neben uns, so hören wir die Sirene in ihrer "Original-Tonlage". Entfernt sich der Wagen schnell von uns, dann werden die Schallwellen hinter dem Auto her- und dabei auseinandergezogen. Daher klingt der Ton für uns tiefer.

Leider kann man die Schallwellen nicht sehen, aber man kann sie sich vorstellen, wie die Wellen, die auf einem See entstehen, wenn man einen Stein hineinwirft: Sie breiten sich gleichmäßig nach allen Seiten aus. Betrachtet man dagegen eine Ente, die über den See schwimmt, sieht man, wie die Wellen, die sie verursacht, vor ihr zusammengedrückt und hinter ihr auseinandergezogen werden. So kann der Dopplereffekt ganz einfach im Modell dargestellt werden. - Und Sie wissen jetzt, warum Martinshorn, Formel-1 Autos und andere schnellen Fahrzeuge beim Vorbeifahren scheinbar ihren Sound ändern.

Auch, wenn sich Christian Doppler mit seiner Annahme zur Bewegung der Sterne zunächst falsch lag, so gilt doch der Satz des deutschen Philosophen Manfred Hinrich

denn mittlerweile findet der Dopplereffekt tatsächlich auch in der Astronomie seine Anwendung, allerdings nicht ganz so, wie es sich Christian Doppler gedacht hatte. Nur wenige Jahre nach seinem Tod entdeckte man, dass jeder Stern aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung unterschiedliche Lichtspektren aufweist. Jede Linie im Spektrum besitzt ihre feste Frequenz, die uns, je nach Bewegung des Sterns, ein wenig erhöht oder verringert erreicht. Je höher das Tempo des Sterns, desto ausgeprägter der Effekt. Damit ist der Dopplereffekt für Astronomen heutzutage die Messmethode der Wahl, wo immer Geschwindigkeiten von Objekten innerhalb der Milchstraße ermittelt werden sollen.

» Mehr zum Dopplereffekt

Autor:  

» Kommentieren