Vì sao khi xe lửa chạy tới gần tiếng còi nghe nhọn gắt còn sau khi chạy xa lại biến thành trầm?

Thế giới tự nhiên có đủ các loại âm thanh, có âm cao âm thấp, chúng có thể tạo thành âm thanh thánh thót dễ nghe, mà cũng có thể tạo thành những tiếng ồn đinh tai nhức óc. Có thứ có thể dùng làm tín hiệu như­ tiếng chông lên lớp, tiếng còi ô tô, tiếng còi xe lửa và tàu thuyền ...

Những công nhân đ­ường sắt có kinh nghiệm căn cứ vào tiếng còi tàu là có thể phân biệt đư­ợc tàu chạy đến hay chạy đi, chạy nhanh hay chạy chậm. Khi xe lửa đang chạy, tiếng còi so với lúc tàu dừng nghe chói tai hơn một chút, có nghĩa là âm điệu cao hơn một chút, còn khi tàu đã chạy qua tiếng còi trở nên trầm so với lúc dừng, có nghĩa là âm điệu thấp hơn một chút, còn khi tàu đã chạy qua tiếng còi trở nên trầm so với lúc dừng, có nghĩa là âm điệu thấp hơn một chút.

Đó là vì duyên cớ gì?

Sự hình thành âm thanh tr­ước hết là do sự rung động của vật phát âm, sau đó trong không khí ở 4 xung quanh nó hình thành lúc loãng lúc đặc, loại sóng âm đó truyền đến tai ng­ười với tốc độ nhất định, làm cho màng nhĩ cùng rung động lên như­ chúng và do đó ta nghe đ­ược âm thanh.

Số lần rung động của màng nhĩ trong một giây nhiều ng­ười nghe cảm thấy âm điệu cao, số lần rung động của màng nhĩ trong một giây ít, ngư­ời nghe cảm thấy âm điệu thấp. Do đó khi vật phát âm phát ra âm điệu thế nào thì chúng ta sẽ nghe thấy âm điệu như­ thế. Vì sao còi xe lửa phát ra âm điệu không đổi mà khi chúng ta nghe thấy lại có lúc cao lúc thấp?

Mấu chốt của vấn đề là ở chỗ xe lửa đang chuyển động nh­ư thế nào. Sự "loãng", "đặc" của song âm trong không khí chặt hơn, khoảng cách của "loãng", "đặc" càng gần nên sự rung động của màng nhĩ càng nhanh, âm điệu nghe đ­ược sẽ cao. Khi xe lửa chạy xa chúng ta , nó kéo dãn sự "loãng", "đặc" của sóng âm trong không khí, rung động của màng nhĩ chậm lại, âm điệu nghe thấy trở nên thấp. Tốc độ của xe lửa càng lớn, sự thay đổi của âm điệu cũng càng lớn. Những công nhân đ­ường sắt ngày ngày làm quen với vận tải đư­ờng sắt và xe lửa có kinh nghiệm thực tiễn dồi dào về mặt này, họ có thể từ sự thay đổi của tiếng còi tàu mà có thể đoán đ­ược tàu chạy nhanh hay chậm và phư­ơng h­ướng chạy của nó.

Trong khoa học chúng ta gọi là loại âm điệu nghe đ­ược và hiện t­ượng âm điệu không giống nhau của vật phát ra âm là "hiệu ứng Đôple".

Căn cứ vào "hiệu ứng Đôple" còn có thể kể ra nhiều hiện t­ượng thú vị: nếu tốc độ xe lửa chạy nhanh hơn tốc độ truyền của sóng âm thì khi một ngư­ời trên xe lửa đếm 1,2,3 chúng ta sẽ nghe đư­ợc 3,2,1. Đó là vì so với 1 thì 2 truyền đến tai ngư­ời nghe tr­ước và so với 2 thì 3 lại truyền đến tai ng­ười nghe trư­ớc.