環(huán)保工程師基礎(chǔ)輔導(dǎo)：多普勒效應(yīng)

更新時(shí)間：2010-08-23 22:00:35 來(lái)源：|0

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　　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，后人把它稱為“多普勒效應(yīng)”。

　　多普勒效應(yīng)

　　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)手在平板車上演奏，再請(qǐng)訓(xùn)練有素的音樂家用耳朵來(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的汽笛聲，當(dāng)火車接近觀察者時(shí),其汽鳴聲會(huì)比平常更刺耳.你可以在火車經(jīng)過時(shí)聽出刺耳聲的變化。同樣的情況還有：警車的警報(bào)聲和賽車的發(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。

　　多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波,它也適用于所有類型的波，包括電磁波?？茖W(xué)家愛德文·哈勃(Edwin Hubble)使用多普勒效應(yīng)得出宇宙正在膨脹的結(jié)論。他發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離銀河系的天體發(fā)射的光線頻率變低,即移向光譜的紅端，稱為紅移，天體離開銀河系的速度越快紅移越大，這說(shuō)明這些天體在遠(yuǎn)離銀河系。反之，如果天體正移向銀河系，則光線會(huì)發(fā)生藍(lán)移。

　　在移動(dòng)通信中，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)移向基站時(shí)，頻率變高，遠(yuǎn)離基站時(shí)，多普勒效應(yīng)2頻率變低，所以我們?cè)谝苿?dòng)通信中要充分考慮多普勒效應(yīng)。當(dāng)然，由于日常生活中，我們移動(dòng)速度的局限，不可能會(huì)帶來(lái)十分大的頻率偏移，但是這不可否認(rèn)地會(huì)給移動(dòng)通信帶來(lái)影響，為了避免這種影響造成我們通信中的問題，我們不得不在技術(shù)上加以各種考慮。也加大了移動(dòng)通信的復(fù)雜性。

　　在單色的情況下，我們的眼睛感知的顏色可以解釋為光波振動(dòng)的頻率，或者解釋為，在1秒鐘內(nèi)電磁場(chǎng)所交替為變化的次數(shù)。在可見區(qū)域，這種效率越低，就越趨向于紅色，頻率越高的，就趨向于藍(lán)色——紫色。比如，由氦——氖激光所產(chǎn)生的鮮紅色對(duì)應(yīng)的頻率為4.74×10^14赫茲，而汞燈的紫色對(duì)應(yīng)的頻率則在7×10^14赫茲以上。這個(gè)原則同樣適用于聲波：聲音的高低的感覺對(duì)應(yīng)于聲音對(duì)耳朵的鼓膜施加壓力的振動(dòng)頻率(高頻聲音尖厲，低頻聲音低沉)。

　　如果波源是固定不動(dòng)的，不動(dòng)的接收者所接收的波的振動(dòng)與波源發(fā)射的波的節(jié)奏相同：發(fā)射頻率等于接收頻率。如果波源相對(duì)于接收者來(lái)說(shuō)是移動(dòng)的，比如相互遠(yuǎn)離，那么情況就不一樣了。相對(duì)于接收者來(lái)說(shuō)，波源產(chǎn)生的兩個(gè)波峰之間的距離拉長(zhǎng)了，因此兩上波峰到達(dá)接收者所用的時(shí)間也變長(zhǎng)了。那么到達(dá)接收者時(shí)頻率降低，所感知的顏色向紅色移動(dòng)(如果波源向接收者靠近，情況則相反)。為了讓讀者對(duì)這個(gè)效應(yīng)的影響大小有個(gè)概念，在顯示了多普勒頻移，近似給出了一個(gè)正在遠(yuǎn)離的光源在相對(duì)速度變化時(shí)所接收到的頻率。例如，在上面提到的氦——氖激光的紅色譜線，當(dāng)波源的速度相當(dāng)于光速的一半時(shí)，接收到的頻率由4.74×10^14赫茲下降到2.37×10^14赫茲，這個(gè)數(shù)值大幅度地降移到紅外線的頻段。