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

Đó là một hiệu ứng vật lí có tên gọi là doppler. Bạn có thể xem chi tiết ở link sau: http://vi.wikipedia.org/wiki/Hiệu_ứng_Doppler
Hoặc chi tiết hơn tại : http://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_effect
Không những là âm thanh, mà ánh sáng hay bất kì đối tượng vật lí có dạng sóng đều có thể có hiệu ứng doppler này.
Nếu bạn chưa có câu trả lời hoặc lười đọc 2 link trên. Mi sẽ giải thích một cách đơn giản.
Sự cao thấp của âm thanh mà chúng ta nghe hàng ngày phụ thuộc vào một đại lượng vật lí gọi là tần số, tầng số càng cao thì âm thanh nghe được càng cao và ngược lại. Tần số được đo bằng đơn bị phố biến là héc ( Hz), được định nghĩa là số lần dao động trong một giây, đại lượng bước sóng(f) liên hệ với tần số t bởi công thức f= 1/t được định nghĩa là khoảng cách của hai đỉnh ( hoặc bụng) sóng liên tiếp.
xét trường hợp con tàu đang đi gần về phía bạn với vận tốc vt tại thời điểm T0 phát ra tiếng còi, và hình thành đỉnh sóng k0 đầu tiên. Đinh sóng k0 này truyền đi với vận tốc va ( vt -va= hằng số x nào đó), sau một khoẳng thời gian x đỉnh sóng thứ k1 sẽ được hình thành, lúc này khoẳng cách giữa k0 và k1; f0= x(va-vt), đây chính là bước sóng của âm mà bạn nghe được. tương tự khi tàu rời xa bạn, thì lúc này f1=x(vt+va).
f1>f0 nên âm khi tàu rời xa có tần số thấp hơn so với âm được nghe lúc tàu tới gần. Ngoài ra lúc tàu tới gần do âm nghe được càng lúc càng to đạt cực đại lúc gần bạn nhất, nó ảnh hưởng phần nào đó đến việc cảm nhận âm trầm bổng của bạn^^. theo mình nghĩ bạn không thể phân biệt âm cao thấp trong một tình huống thực tế như vậy mà chỉ cảm nhận được độ to nhỏ mà thôi. Lần sau đừng hỏi những câu được nghe thấy người ta hỏi nhé, cuộc sống phải tự mình khám ơhas mới thú vị em à.

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.

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.

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?