環(huán)保工程師基礎輔導：多普勒效應

更新時間：2010-08-23 22:00:35 來源：|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運動，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。因為，聲源相對于觀測者在運動時，觀測者所聽到的聲音會發(fā)生變化。當聲源離觀測者而去時，聲波的波長增加，音調變得低沉，當聲源接近觀測者時，聲波的波長減小，音調就變高。音調的變化同聲源與觀測者間的相對速度和聲速的比值有關。這一比值越大，改變就越顯著，后人把它稱為“多普勒效應”。

　　多普勒效應

　　多普勒效應指出，波在波源移向觀察者時接收頻率變高，而在波源遠離觀察者時接收頻率變低。當觀察者移動時也能得到同樣的結論。但是由于缺少實驗設備，多普勒當時沒有用實驗驗證、幾年后有人請一隊小號手在平板車上演奏，再請訓練有素的音樂家用耳朵來辨別音調的變化，以驗證該效應。假設原有波源的波長為λ，波速為c，觀察者移動速度為v：

　　當觀察者走近波源時觀察到的波源頻率為(c+v)/λ，如果觀察者遠離波源，則觀察到的波源頻率為(c-v)/λ。

　　一個常被使用的例子是火車的汽笛聲，當火車接近觀察者時,其汽鳴聲會比平常更刺耳.你可以在火車經過時聽出刺耳聲的變化。同樣的情況還有：警車的警報聲和賽車的發(fā)動機聲。　　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)射了一個脈沖，那么在你之前的每一個脈沖都比你站立不動時更接近你自己。而在你后面的聲源則比原來不動時遠了一步?；蛘哒f,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。

　　多普勒效應不僅僅適用于聲波,它也適用于所有類型的波，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(fā)現(xiàn)遠離銀河系的天體發(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(fā)生藍移。

　　在移動通信中，當移動臺移向基站時，頻率變高，遠離基站時，多普勒效應2頻率變低，所以我們在移動通信中要充分考慮多普勒效應。當然，由于日常生活中，我們移動速度的局限，不可能會帶來十分大的頻率偏移，但是這不可否認地會給移動通信帶來影響，為了避免這種影響造成我們通信中的問題，我們不得不在技術上加以各種考慮。也加大了移動通信的復雜性。

　　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(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，就趨向于藍色——紫色。比如，由氦——氖激光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。這個原則同樣適用于聲波：聲音的高低的感覺對應于聲音對耳朵的鼓膜施加壓力的振動頻率(高頻聲音尖厲，低頻聲音低沉)。

　　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(fā)射的波的節(jié)奏相同：發(fā)射頻率等于接收頻率。如果波源相對于接收者來說是移動的，比如相互遠離，那么情況就不一樣了。相對于接收者來說，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。那么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——氖激光的紅色譜線，當波源的速度相當于光速的一半時，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(shù)值大幅度地降移到紅外線的頻段。