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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(jì)念?yuàn)W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(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱(chēng)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(yuǎn)離，觀察者接收到的頻率減小。
目錄 簡(jiǎn)介 發(fā)現(xiàn) 原理 公式 收縮展開(kāi) 簡(jiǎn)介多普勒效應(yīng)Doppler effect 多普勒效應(yīng)是為紀(jì)念?yuàn)W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(zhǎng)因?yàn)椴ㄔ春陀^測(cè)者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化。在運(yùn)動(dòng)的波源前面，波被壓縮，波長(zhǎng)變得較短，頻率變得較高 （藍(lán)移blue shift）；在運(yùn)動(dòng)的波源后面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相反的效應(yīng)。波長(zhǎng)變得較長(zhǎng)，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(lán)）移的程度，可以計(jì)算出波源循著觀測(cè)方向運(yùn)動(dòng)的速度。 恒星光譜線的位移顯示恒星循著觀測(cè)方向運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(guò)鐵路交叉處，恰逢一列火車(chē)從他身旁馳過(guò)，他發(fā)現(xiàn)火車(chē)從遠(yuǎn)而近時(shí)汽笛聲變響，音調(diào)變尖，而火車(chē)從近而遠(yuǎn)時(shí)汽笛聲變?nèi)�，音調(diào)變低。他對(duì)這個(gè)物理現(xiàn)象感到極大興趣，并進(jìn)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(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者聽(tīng)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?yàn)�，聲源相�?duì)于觀測(cè)者在運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者所聽(tīng)到的聲音會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)聲源離觀測(cè)者而去時(shí)，聲波的波長(zhǎng)增加，音調(diào)變得低沉，當(dāng)聲源接近觀測(cè)者時(shí)，聲波的波長(zhǎng)減小，音調(diào)就變高。音調(diào)的變化同聲源與觀測(cè)者間的相對(duì)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(chēng)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(shí)接收頻率變高，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)接收頻率變低。當(dāng)觀察者移動(dòng)時(shí)也能得到同樣的結(jié)論。但是由于缺少實(shí)驗(yàn)設(shè)備，多普勒當(dāng)時(shí)沒(méi)有用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，幾年后有人請(qǐng)一隊(duì)小號(hào)手在平板車(chē)上演奏，再請(qǐng)訓(xùn)練有素的音樂(lè)家用耳朵來(lái)辨別音調(diào)的變化，以驗(yàn)證該效應(yīng)。假設(shè)原有波源的波長(zhǎng)為λ，波速為c，觀察者移動(dòng)速度為v： 當(dāng)觀察者走近波源時(shí)觀察到的.波源頻率為（c+v）/λ，如果觀察者遠(yuǎn)離波源，則觀察到的波源頻率為（c-v）/λ。 一個(gè)常被使用的例子是火車(chē)的汽笛聲，當(dāng)火車(chē)接近觀察者時(shí)，其汽鳴聲會(huì)比平常更刺耳.你可以在火車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)聽(tīng)出刺耳聲的變化。同樣的情況還有：警車(chē)的警報(bào)聲和賽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)脈沖，那么在你之前的每一個(gè)脈沖都比你站立不動(dòng)時(shí)更接近你自己。而在你后面的聲源則比原來(lái)不動(dòng)時(shí)遠(yuǎn)了一步�；蛘哒f(shuō)，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(dòng)，向外發(fā)出一個(gè)波長(zhǎng)的波，頻率表示單位時(shí)間內(nèi)完成的全振動(dòng)的次數(shù)，因此波源的頻率等于單位時(shí)間內(nèi)波源發(fā)出的完全波的個(gè)數(shù)，而觀察者聽(tīng)到的聲音的音調(diào)，是由觀察者接受到的頻率，即單位時(shí)間接收到的完全波的個(gè)數(shù)決定的。當(dāng)波源和觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的頻率會(huì)改變．在單位時(shí)間內(nèi)，觀察者接收到的完全波的個(gè)數(shù)增多，即接收到的頻率增大．同樣的道理，當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源，觀察者在單位時(shí)間內(nèi)接收到的完全波的個(gè)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(jìn)速度； 為觀察者移動(dòng)速度，若接近發(fā)射源則前方運(yùn)算符號(hào)為 + 號(hào), 反之則為 - 號(hào)； 為發(fā)射源移動(dòng)速度，若接近觀察者則前方運(yùn)算符號(hào)為 - 號(hào)，反之則為 + 號(hào)。
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