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1[7급 국가직 물리학개론] 23년 1회차
두 잠수함 A, B가 물속에서 서로를 향해 정면으로 움직이고 있다. 이때 잠수함 A는 vAv_A의 속력으로 움직이며 진동수가 ff인 수중 음파를 방출하고 있다. 잠수함 B의 속력이 vBv_B라면, 잠수함 A에서 방출하는 수중 음파가 잠수함 B에 반사되어 되돌아올 때 잠수함 A의 관측자가 탐지하는 음파의 진동수는? (단, 수중에서 음파의 속력은 vsv_s이다)
1
ff
2
(vs−vAvs−vB)(vs+vBvs+vA)f\left(\dfrac{v_s-v_A}{v_s-v_B}\right)\left(\dfrac{v_s+v_B}{v_s+v_A}\right)f
3
(vs−vBvs+vA)(vs+vBvs−vA)f\left(\dfrac{v_s-v_B}{v_s+v_A}\right)\left(\dfrac{v_s+v_B}{v_s-v_A}\right)f
4
(vs+vAvs−vB)(vs+vBvs−vA)f\left(\dfrac{v_s+v_A}{v_s-v_B}\right)\left(\dfrac{v_s+v_B}{v_s-v_A}\right)f
해설

도플러 효과를 두 번(A→B 수신, B 반사→A 수신) 적용하면 (vs+vAvs−vB)(vs+vBvs−vA)f\left(\dfrac{v_s+v_A}{v_s-v_B}\right)\left(\dfrac{v_s+v_B}{v_s-v_A}\right)f이다.

B가 받는 진동수(관측자 B 접근, 음원 A 접근): f1=vs+vBvs−vAff_{1}=\dfrac{v_s+v_B}{v_s-v_A}f

B가 음원이 되어 반사(음원 B 접근, 관측자 A 접근): f2=vs+vAvs−vBf1f_{2}=\dfrac{v_s+v_A}{v_s-v_B}f_{1}

  • ff 그대로인 것은 서로 접근하는 상대운동을 무시한 것이다.
  • 분자에 vs−vAv_s-v_A가 들어간 식은 접근 시 진동수가 커진다는 부호를 거꾸로 적용한 것이다.
  • 분모에 vs+vAv_s+v_A와 분자에 vs−vBv_s-v_B가 들어간 식도 부호가 뒤바뀌어 접근 상황과 맞지 않는다.

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