Doppler-Effekt

Ein Rettungswagen kommt die Straße herunter, die Sirene wird lauter und lauter. In dem Moment, in dem er an dir vorbeischießt, kippt der Ton hörbar nach unten: aus einem hellen Jaulen wird ein tieferes Heulen. Dabei hat niemand am Martinshorn gedreht, es klingt die ganze Zeit gleich. Verändert hat sich nur, wie die Schallwellen bei dir ankommen. Dieser Effekt heißt Doppler-Effekt, nach dem österreichischen Physiker Christian Doppler, der ihn 1842 beschrieben hat.

Wellenberge rücken zusammen

Eine Sirene schickt Schallwellen los wie ein Stein, der ins Wasser fällt: Ring für Ring, immer im gleichen Abstand. Steht die Sirene still, sind diese Abstände nach allen Seiten gleich groß. Fährt sie dagegen auf dich zu, startet jeder neue Wellenberg ein Stück näher bei dir als der vorige. Vor dem Fahrzeug rücken die Wellenberge deshalb enger zusammen, hinter ihm ziehen sie sich auseinander. Bei dir kommen dadurch mehr Wellenberge pro Sekunde an, und mehr Wellenberge pro Sekunde bedeuten eine höhere Frequenz, also einen höheren Ton. Wichtig: Der Schall selbst bleibt gleich schnell, in Luft rund 343 m/s. Nur die Abstände zwischen den Wellenbergen ändern sich.

Was bei der Vorbeifahrt passiert

Solange sich das Fahrzeug nähert, hörst du durchgehend einen zu hohen Ton, keinen langsam ansteigenden. Erst bei der Vorbeifahrt rutscht die Tonhöhe nach unten und läuft dabei kurz genau durch den echten Ton hindurch. Danach bleibt sie zu tief, bis der Wagen außer Hörweite ist. Ein Beispiel: Eine Sirene erzeugt in Wirklichkeit 800 Hz. Beim Herannahen hörst du 880 Hz, nach der Vorbeifahrt nur noch 730 Hz. Der Fahrer im Wagen hört die ganze Fahrt über 800 Hz, denn zu ihm bewegt sich die Sirene nicht. Und es ist egal, wer sich bewegt: Fährst du im Zug an einer läutenden Bahnschranke vorbei, hörst du genau denselben Wechsel der Tonhöhe.

Nicht nur bei Schall

Wellen sind Wellen, deshalb gilt der Doppler-Effekt auch für Licht und Funkwellen. Eine Radarfalle schickt Funkwellen zu deinem Auto und misst, wie stark die zurückgeworfene Welle in der Frequenz verschoben ist. Daraus ergibt sich deine Geschwindigkeit. Ein Wetterradar erkennt so, ob Regentropfen auf die Station zufliegen oder von ihr weg, und im Krankenhaus zeigt der Doppler-Ultraschall, wie schnell das Blut durch eine Ader strömt. Am weitesten reicht der Blick in der Astronomie: Fast alle fernen Galaxien entfernen sich von uns, ihr Licht kommt deshalb zu größeren Wellenlängen verschoben an, also röter. Diese Rotverschiebung ist der Grund, warum wir wissen, dass sich das Universum ausdehnt.