Lexus 发表于 2006-9-11 13:56:00

简述多普勒效应?

简述多普勒效应?


多普勒效应是一种常见的波动现象,比如在空气中,一辆救护车朝我们呼啸而来的时候,我们听起来救护车汽笛的音调(频率)升高了,当救护车远离我们而去的时候,我们听起来汽笛的音调会降低。

这里涉及两个运动,一个是声源(救护车)的运动,另外一个是声音接受者(人)的运动。简化考虑,我们假设声源和声音接受者的运动都在一条直线上,但方向可以相同,也可以相反。

假设f0是声源的频率,我们可以证明,此时声音接受者听到的声音的频率f是:


这里v_r是声音接受者相对于介质(空气)的速度,速度朝向声源为正,速度远离声源为负;v_s是声源相当于介质的速度,速度远离声音接受者为正,速度靠近声音接受者为负。

我们可以验证以上对速度正负的约定与我们的日常经验(听救护车汽笛声音音调的变化)是一致的。

下面对上面的这个频率公式予以简要的说明。

假设声源和声音接受者都静止,人听到声音的频率和声源的频率是一样的,都是:


假设声源和声音接受者之间的距离是D,如果声源和声音接受者都静止,声源发出的声波传到声音接受者所需的时间是:

这里c是声音在介质中的速度,假设声源静止,声音接受者以速度u向声源运动,此时声波传到声音接受者所需时间为:


这里的D是任意选取的,我们可以取声波的波长λ为D:


这意味着声音接受者听到的频率是:


可见这个公式就是声源速度为0时的频率公式。

假设声源和声音接受者都静止,声源和声音接受者之间的距离正好是λ,在时间T0=λ/c内,声源发出的声波正好传播到声音接受者那里。

现在假设声源运动起来,速度u向着声音接受者运动,在t=T0时,声源和声音接受者之间的距离为:


这个效应相当于波长被压缩为:


对应频率是:


上式就是对应声音接受者速度为零时的公式。

小结一下的话,声源的运动会导致波长的改变,而声音接受者的运动会导致提前听到声音,即波速改变了:


这里假设u_r是声音接受者的运动,u_s是声源的运动,并且速度的方向都是使得声源和声音接受者靠近。

以上是声波的多普勒效应,电磁波也有多普勒效应,根据相对论我们可以推导光波的多普勒效应。

假设光源以速度u远离观察者:


可见f<>

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