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  • 1 # 缺覺的羊

    公式

    觀察者 (Observer) 和發射源 (Source) 的頻率關係為(此式不適用於光波,光波的多普勒效應見下文):

    為觀察到的頻率;

    為發射源於該介質中的原始發射頻率;

    為波在該介質中的行進速度;

    為觀察者移動速度,若接近發射源則前方運算子號為 + 號, 反之則為 - 號;

    為發射源移動速度,若接近觀察者則前方運算子號為 - 號,反之則為 + 號。

    透過這個公式,我們就知道火車接近你的時候音調變化的原因:公式中分子是聲音傳播速度和觀察者速度之和(v+v0),分母是聲音傳播速度和火車速度之差(v-vs),然後和聲源原始頻率(

    )進行乘法運算。觀察者接受到的頻率

    比火車笛聲的原始頻率變高,所以聽到的火車鳴笛音調變纖細。反之,當觀察者和火車遠離的時候,分子減法運算變小,分母加法運算變大,計算得到的頻率比火車鳴笛的原始聲音訊率變低,故聽到音調變雄渾。

    適用

    多普勒效應不僅僅適用於聲波,它也適用於所有型別的波,包括?>電磁波。科學家愛德文·哈勃(Edwin Hubble)使用多普勒效應得出宇宙正在膨脹的結論。他發現遠離銀河系的天體發射的光線頻率變低,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,這說明這些天體在遠離銀河系。反之,如果天體正移向銀河系,則光線會發生藍移。

    在行動通訊中,當移動臺移向基站時,頻率變高,遠離基站時,頻率變低,所以我們在行動通訊中要充分考慮多普勒效應。當然,由於日常生活中,我們移動速度的侷限,不可能會帶來十分大的頻率偏移,但是這不可否認地會給行動通訊帶來影響,為了避免這種影響造成我們通訊中的問題,我們不得不在技術上加以各種考慮。也加大了行動通訊的複雜性。

    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的頻率,或者解釋為,在1秒鐘內電磁場所交替為變化的次數。在可見區域,這種頻率越低,就越趨向於紅色,而頻率越高的,就趨向於藍,紫色。比如,由氦——氖鐳射所產生的鮮紅色對應的頻率為4.74×10^14赫茲,而汞燈的紫色對應的頻率則在7×10^14赫茲以上。這個原則同樣適用於聲波:聲音的高低的感覺對應於聲音對耳朵的鼓膜施加壓力的振動頻率(高頻聲音纖細,低頻聲音雄壯)。

    如果波源是固定不動的,不動的接收者所接收的波的振動與波源發射的波的節奏相同:發射頻率等於接收頻率。如果波源相對於接收者來說是移動的,比如相互遠離,那麼情況就不一樣了。相對於接收者來說,波源產生的兩個波峰之間的距離拉長了,因此兩上波峰到達接收者所用的時間也變長了。那麼到達接收者時頻率降低,所感知的顏色向紅色移動(如果波源向接收者靠近,情況則相反)。為了讓讀者對這個效應的影響大小有個概念,在顯示了多普勒頻移,近似給出了一個正在遠離的光源在相對速度變化時所接收到的頻率。例如,在上面提到的氦——氖鐳射的紅色譜線,當波源的速度相當於光速的一半時,接收到的頻率由4.74×10^14赫茲下降到2.37×10^14赫茲,這個數值大幅度地降移到紅外線的頻段。

    體現

    聲波的多普勒效應

    在日常生活中,我們都會有這種經驗:當一列鳴著汽笛的火車經過某觀察者時,他會發現火車汽笛的聲調由纖細變雄渾. 為什麼會發生這種現象呢?這是因為聲調的纖細和雄渾是由聲波振動頻率的不同決定的,如果頻率高,聲調聽起來就纖細;反之聲調聽起來就雄渾.這種現象稱為多普勒效應,它是用發現者克里斯蒂安·多普勒的名字命名的,多普勒是奧地利物理學家和數學家.他於1842年首先發現了這種效應。為了理解這一現象,就需要考察火車以恆定速度駛近時,汽笛發出的聲波在傳播時的規律.其結果是聲波的波長縮短,好像波被壓縮了.因此,在一定時間間隔內傳播的波數就增加了,這就是觀察者為什麼會感受到聲調變纖細的原因;相反,當火車駛向遠方時,聲波的波長變大,好像波被拉伸了。因此,聲音聽起來就顯得雄渾.定量分析得到f1=(u±v0)f /(u∓vs),其中vs為波源相對於介質的速度,v0為觀察者相對於介質的速度,f表示波源的固有頻率,u表示波在靜止介質中的傳播速度。當觀察者朝波源運動時,v0前面取正號;當觀察者背離波源(即順著波源)運動時,v0前取負號。當波源朝觀察者運動時vs前取負號;當波源背離觀察者運動時vs前取正號. 從上式可以很容易得知,當觀察者與聲源相互靠近時,f1>f;當觀察者與聲源相互遠離時f1多普勒效應3

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