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多普勒效應(yīng)
多普勒效應(yīng)
多普勒效應(yīng)(多普勒效應(yīng))
多普勒效應(yīng)是為紀念奧地利物理學(xué)家及數(shù)學(xué)家克里斯琴·約翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了這一理論。主要內(nèi)容為：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為多普勒效應(yīng)。如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者遠離，觀察者接收到的頻率減小。
目錄 簡介 發(fā)現(xiàn) 原理 公式 收縮展開 簡介多普勒效應(yīng)Doppler effect 多普勒效應(yīng)是為紀念奧地利物理學(xué)家及數(shù)學(xué)家克里斯琴·約翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了這一理論，主要內(nèi)容為：物體輻射的波長因為波源和觀測者的相對運動而產(chǎn)生變化。在運動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高 （藍移blue shift）；在運動的波源后面時，會產(chǎn)生相反的效應(yīng)。波長變得較長，頻率變得較低 （紅移red shift）；波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。根據(jù)波紅（藍）移的程度，可以計算出波源循著觀測方向運動的速度。 恒星光譜線的位移顯示恒星循著觀測方向運動的速度，除非波源的速度非常接近光速，否則多普勒位移的程度一般都很小。所有波動現(xiàn)象都存在多普勒效應(yīng)。
發(fā)現(xiàn)1842年奧地利一位名叫多普勒的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家。一天，他正路過鐵路交叉處，恰逢一列火車從他身旁馳過，他發(fā)現(xiàn)火車從遠而近時汽笛聲變響，音調(diào)變尖，而火車從近而遠時汽笛聲變?nèi)�，音調(diào)變低。他對這個物理現(xiàn)象感到極大興趣，并進行了研究。發(fā)現(xiàn)這是由于振源與觀察者之間存在著相對運動，使觀察者聽到的聲音頻率不同于振源頻率的現(xiàn)象。這就是頻移現(xiàn)象。因為，聲源相對于觀測者在運動時，觀測者所聽到的聲音會發(fā)生變化。當(dāng)聲源離觀測者而去時，聲波的波長增加，音調(diào)變得低沉，當(dāng)聲源接近觀測者時，聲波的波長減小，音調(diào)就變高。音調(diào)的變化同聲源與觀測者間的相對速度和聲速的比值有關(guān)。這一比值越大，改變就越顯著，后人把它稱為“多普勒效應(yīng)”。
原理多普勒效應(yīng)指出，波在波源移向觀察者時接收頻率變高，而在波源遠離觀察者時接收頻率變低。當(dāng)觀察者移動時也能得到同樣的結(jié)論。但是由于缺少實驗設(shè)備，多普勒當(dāng)時沒有用實驗驗證，幾年后有人請一隊小號手在平板車上演奏，再請訓(xùn)練有素的音樂家用耳朵來辨別音調(diào)的變化，以驗證該效應(yīng)。假設(shè)原有波源的波長為λ，波速為c，觀察者移動速度為v： 當(dāng)觀察者走近波源時觀察到的.波源頻率為（c+v）/λ，如果觀察者遠離波源，則觀察到的波源頻率為（c-v）/λ。 一個常被使用的例子是火車的汽笛聲，當(dāng)火車接近觀察者時，其汽鳴聲會比平常更刺耳.你可以在火車經(jīng)過時聽出刺耳聲的變化。同樣的情況還有：警車的警報聲和賽車的發(fā)動機聲。 如果把聲波視為有規(guī)律間隔發(fā)射的脈沖，可以想象若你每走一步，便發(fā)射了一個脈沖，那么在你之前的每一個脈沖都比你站立不動時更接近你自己。而在你后面的聲源則比原來不動時遠了一步�；蛘哒f，在你之前的脈沖頻率比平常變高，而在你之后的脈沖頻率比平常變低了。 產(chǎn)生原因： 聲源完成一次全振動，向外發(fā)出一個波長的波，頻率表示單位時間內(nèi)完成的全振動的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個數(shù)，而觀察者聽到的聲音的音調(diào)，是由觀察者接受到的頻率，即單位時間接收到的完全波的個數(shù)決定的。當(dāng)波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率會改變．在單位時間內(nèi)，觀察者接收到的完全波的個數(shù)增多，即接收到的頻率增大．同樣的道理，當(dāng)觀察者遠離波源，觀察者在單位時間內(nèi)接收到的完全波的個數(shù)減少，即接收到的頻率減�。�
公式觀察者 (Observer) 和發(fā)射源 (Source) 的頻率關(guān)系為： 為觀察到的頻率； 為發(fā)射源于該介質(zhì)中的原始發(fā)射頻率； 為波在該介質(zhì)中的行進速度； 為觀察者移動速度，若接近發(fā)射源則前方運算符號為 + 號, 反之則為 - 號； 為發(fā)射源移動速度，若接近觀察者則前方運算符號為 - 號，反之則為 + 號。
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