物理現象中的波具有兩個特徵:一個是頻率,一個是波長。波速是頻率與波長的乘積。波的傳播速度在不同的介質中是不同的。在不同介質中的波速變化完全是由於波長的變化造成的,頻率是不會變化的。但是,在多普勒效應中,人們常常用頻率的變化來解釋這種效應,而且也很有說服力,但常常造成混亂。於是,“波的頻率在傳播過程中是否可變”就成了一個必須回答的問題。
波的頻率就是“單位時間內的波動週期次數”。概念雖然簡單,但在物理現象中卻不那麼簡單。讓我們看兩個聲波的例子:
1、聲源靜止不動。空氣介質均勻。聲速固定不變。聲波的頻率和波長都是由聲源決定的。這時,一輛敞篷車從遠處向聲源快速駛來。車上的人聽到的聲音訊率提高了很多。
2、聲源快速運動。空氣介質均勻。在聲源的前方和後方各有一人站立不動。從聲源發出的聲波依舊以同樣的速度同時向這兩個人傳播,但這兩個人所聽到的聲音效果卻完全不同。聲源運動前方的人聽到的聲音訊率升高,後方的人聽到的聲音訊率降低。
從這兩個例子中我們不難看出,現實中的“頻率”其實具有兩個不同的概念。一個是“聲源產生的頻率(源頻率)”,另一個是“人聽到的頻率(接收頻率)”。聲源產生的頻率完全是由聲源決定的,是一種一旦產生就絕對不變的頻率,與聲源的運動狀態、接收者的運動狀態、傳播介質和傳播過程等等都沒有任何關係。而接收頻率卻是一個隨著各種外在條件的變化而變化的頻率。源頻率與接收頻率之間的關係就好像是物體質量與重量之間的關係差不多。因此,在嚴格的物理學研究過程中,應該使用的是質量和源頻率,而不應該使用重量和接收頻率。
接收頻率是在波的傳播過程中,單位時間內到達接收器的波動週期次數,而不是波的真正物理波動次數。所以,“接收頻率”所反映出來的是一種“效果”,而不是本質。
在上述例1中,因為汽車的運動導致車上的人在單位時間內接收到的聲波數目增加,因此而出現了聲音訊率升高的效果。在例2中,因為聲源的運動,導致了在運動前方聲波的壓縮(波長變短),所以在前方的人就能夠在單位時間內接收到更多的聲波,因而聽到了聲音訊率升高的效果。在聲源運動後方聲波疏解(波長變長),所以在後方的人就會在單位時間內接收到較少的聲波,因而聽到了聲音訊率降低的效果。在這期間,實際上都沒有真正的聲波頻率變化。
其他波的情況也是一樣。所以,物理波的實際頻率是由波源決定的,在傳播過程中是不可變的。實際波速的變化都是由實際波長的變化造成的。“波的頻率在傳播過程中可以變化”的觀念來自於錯覺。分辨“源頻率”與“接收頻率”之間的不同與分辨“質量”與“重量”之間的不同一樣重要。只有理解了它們之間的不同,才能避免混亂,才能準確地解釋自然現象,才能正確理解“光速實際上是可變的”。
物理現象中的波具有兩個特徵:一個是頻率,一個是波長。波速是頻率與波長的乘積。波的傳播速度在不同的介質中是不同的。在不同介質中的波速變化完全是由於波長的變化造成的,頻率是不會變化的。但是,在多普勒效應中,人們常常用頻率的變化來解釋這種效應,而且也很有說服力,但常常造成混亂。於是,“波的頻率在傳播過程中是否可變”就成了一個必須回答的問題。
波的頻率就是“單位時間內的波動週期次數”。概念雖然簡單,但在物理現象中卻不那麼簡單。讓我們看兩個聲波的例子:
1、聲源靜止不動。空氣介質均勻。聲速固定不變。聲波的頻率和波長都是由聲源決定的。這時,一輛敞篷車從遠處向聲源快速駛來。車上的人聽到的聲音訊率提高了很多。
2、聲源快速運動。空氣介質均勻。在聲源的前方和後方各有一人站立不動。從聲源發出的聲波依舊以同樣的速度同時向這兩個人傳播,但這兩個人所聽到的聲音效果卻完全不同。聲源運動前方的人聽到的聲音訊率升高,後方的人聽到的聲音訊率降低。
從這兩個例子中我們不難看出,現實中的“頻率”其實具有兩個不同的概念。一個是“聲源產生的頻率(源頻率)”,另一個是“人聽到的頻率(接收頻率)”。聲源產生的頻率完全是由聲源決定的,是一種一旦產生就絕對不變的頻率,與聲源的運動狀態、接收者的運動狀態、傳播介質和傳播過程等等都沒有任何關係。而接收頻率卻是一個隨著各種外在條件的變化而變化的頻率。源頻率與接收頻率之間的關係就好像是物體質量與重量之間的關係差不多。因此,在嚴格的物理學研究過程中,應該使用的是質量和源頻率,而不應該使用重量和接收頻率。
接收頻率是在波的傳播過程中,單位時間內到達接收器的波動週期次數,而不是波的真正物理波動次數。所以,“接收頻率”所反映出來的是一種“效果”,而不是本質。
在上述例1中,因為汽車的運動導致車上的人在單位時間內接收到的聲波數目增加,因此而出現了聲音訊率升高的效果。在例2中,因為聲源的運動,導致了在運動前方聲波的壓縮(波長變短),所以在前方的人就能夠在單位時間內接收到更多的聲波,因而聽到了聲音訊率升高的效果。在聲源運動後方聲波疏解(波長變長),所以在後方的人就會在單位時間內接收到較少的聲波,因而聽到了聲音訊率降低的效果。在這期間,實際上都沒有真正的聲波頻率變化。
其他波的情況也是一樣。所以,物理波的實際頻率是由波源決定的,在傳播過程中是不可變的。實際波速的變化都是由實際波長的變化造成的。“波的頻率在傳播過程中可以變化”的觀念來自於錯覺。分辨“源頻率”與“接收頻率”之間的不同與分辨“質量”與“重量”之間的不同一樣重要。只有理解了它們之間的不同,才能避免混亂,才能準確地解釋自然現象,才能正確理解“光速實際上是可變的”。