多普勒效应的体现
发布网友
发布时间：2022-04-29 23:19
共1个回答
热心网友
时间：2022-06-25 16:55
声波的多普勒效应
在日常生活中，我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火车经过某观察者时，他会发现火车汽笛的声调由高变低. 为什么会发生这种现象呢？这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的，如果频率高，声调听起来就高；反之声调听起来就低.这种现象称为多普勒效应，它是用发现者克里斯蒂安·多普勒的名字命名的，多普勒是奥地利物理学家和数学家.他于1842年首先发现了这种效应。为了理解这一现象，就需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播时的规律.其结果是声波的波长缩短，好像波被压缩了.因此，在一定时间间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，好像波被拉伸了。因此，声音听起来就显得低沉.定量分析得到f1=（u+v0）f /（u-vs），其中vs为波源相对于介质的速度，v0为观察者相对于介质的速度，f表示波源的固有频率，u表示波在静止介质中的传播速度。当观察者朝波源运动时，v0取正号；当观察者背离波源（即顺着波源）运动时，v0取负号。当波源朝观察者运动时vs前面取正号；前波源背离观察者运动时vs取负号. 从上式可以很容易得知，当观察者与声源相互靠近时，f1>f；当观察者与声源相互远离时f1<f。
设声源S，观察者L分别以速度Vs，Vl在静止的介质中沿同一直线同向运动，声源发出声波在介质中的传播速度为V，且Vs小于V，Vl小于V。当声源不动时，声源发射频率为f，波长为X的声波，观察者接收到的声波的频率为：
f'=(V+Vl)V/[(V-Vs)X]=(V+Vl)f/(V-Vs)
所以得
⑴当观察者和波源都不动时，Vs=0，Vl=0，由上式得f'=f
⑵当观察者不动，声源接近观察者时，观察者接收到的频率为F=Vf/(V-Vs)
显然此时频率大于原来的频率
由上面的式子可以得到多普勒效应的所有表现。
光波的多普勒效应
具有波动性的光也会出现这种效应，它又被称为多普勒-斐索效应.因为法国物理学家斐索（1819~1896年）于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释，指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法.光波与声波的不同之处在于，光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化. 如果恒星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移。
光（电磁波）的多普勒效应计算公式分为以下三种：
⑴纵向多普勒效应（即波源的速度与波源与接收器的连线共线）：f'=f [(c+v)/(c-v)]^（1/2）
其中v为波源与接收器的相对速度。当波源与观察者接近时，v取正，称为“紫移”或“蓝移”；否则v取负，称为“红移”。
⑵横向多普勒效应（即波源的速度与波源与接收器的连线垂直）：f'=f（1-β^2）^（1/2） 其中β=v/c
⑶普遍多普勒效应（多普勒效应的一般情况）：f'=f [（1-β^2）^（1/2）]/（1-βcosθ）
其中β=v/c，θ为接收器与波源的连线到速度方向的夹角。纵向与横向多普勒效应分别为θ取0或π/2时的特殊情况。
