Якщо ви володієте розвиненим музичним слухом, то помітили, ймовірно, як змінюється тон (не гучність, а саме тон, висота) паровозного свистка, коли зустрічний поїзд проноситься повз вашого. Поки обидва поїзди зближувалися, тон був помітно вище того, який чується вам, коли поїзди віддаляються один від одного. Якщо потяги йдуть зі швидкістю 50 км на годину, то різниця у висоті звуку досягає майже цілого тону.
Чому ж це відбувається?
Вам неважко буде здогадатися про причини, якщо ви згадаєте, що висота тону залежить від числа коливань в секунду; зіставте це з тим, що ви дізналися при обговоренні попередньої задачі. Свисток зустрічного потяга весь час випускає один і той же звук, з певною частотою. Але ваше вухо сприймає різне число коливань в залежності від того, чи їдете ви назустріч, чи ви стоїте на місці або віддаляєтеся від джерела коливань.
І подібно до того, як по дорозі в Москву ви читаєте щоденну газету частіше рази в день, так і тут, наближаючись до джерела звуку, ви вловлюєте коливання частіше, ніж вони виходять з свистка локомотива. Але тут ви вже не міркуєте: ваше вухо отримує збільшене число коливань, - і ви безпосередньо чуєте підвищений тон. Віддаляючись, ви отримуєте менше число коливань - і чуєте знижений тон.
Якщо це пояснення не остаточно переконало вас, спробуйте безпосередньо простежити (звичайно, подумки) за тим, як поширюються звукові хвилі від свистка паровоза. Розгляньте спочатку нерухомий паровоз.
Задача про паровозних свистках. Вгорі - звукові хвилі, що випускаються нерухомим паровозом, внизу - рухомим.
Свисток виготовляє повітряні хвилі, і ми розглянемо для простоти тільки чотири хвилі (див. верхню хвилясту лінію): від нерухомого паровоза вони встигнуть поширитися в який-небудь проміжок часу на одне і те ж відстань за всіма напрямами. Хвиля № 0 дійде до спостерігача А через стільки ж часу, як і до спостерігача; потім до обох спостерігачів одночасно хвиля дійде № 1, № 2, потім № 3 і т. д. Вуха обох спостерігачів в секунду отримують однакове число поштовхів, і тому обидва почують один і той же тон.
Інша справа, якщо свистячий паровоз рухається від В до А (нижня хвиляста лінія). Нехай в деякий момент свисток знаходиться в точці С', а за час, коли він випустив чотири хвилі, він вже встиг дійти до точки D.
Тепер порівняйте, як будуть поширюватися звукові хвилі. Хвиля № 0, вийшла З точки с', дійде одночасно до обох спостерігачів А' і В'. Але четверта хвиля, що утворилася в точці D, дійде до них вже не одночасно; шлях DA' менше шляхи DB', і отже, до А' вона дійде раніше, ніж до В'. Проміжні хвилі - № 1 і № 2 - також прийдуть у В' пізніше, ніж в А', але зволікання буде менше. Що ж виходить? Спостерігач в точці А' буде частіше сприймати звукові хвилі, ніж спостерігач в точці В': перший почує більш високий тон, ніж другий. Разом з тим, як легко бачити з креслення, довжина хвиль, що біжать в напрямку до точки А', буде відповідно коротше хвиль, що йдуть до В' *.
* Необхідно мати на увазі, що хвилеподібні лінії на малюнку зовсім не зображують форми, звукових хвиль: коливання частинок в повітрі відбувається вздовж напрямку звуку, а не впоперек. Хвилі зображені тут поперечними тільки заради наочності, і горб такої хвилі відповідає найбільшому стиску в поздовжньої звукової хвилі.
