声波的多普勒效应

多普勒效应是一种波特性（特别是频率）受源或听者运动影响的方法。右边的图片展示了一个移动的震源如何由于多普勒效应（也称为多普勒频移）而扭曲来自它的波。...

多普勒效应是一种波特性（特别是频率）受源或听者运动影响的方法。右边的图片展示了一个移动的震源如何由于多普勒效应（也称为多普勒频移）而扭曲来自它的波。

In the Doppler Effect, the the properties of waves are influenced by motion with respect to the observer.

如果你曾经在铁路道口等待，听过火车的汽笛声，你可能已经注意到汽笛的音调随着它相对于你的位置的移动而变化。类似地，汽笛的音调会随着它的接近而改变，然后在路上从你身边经过。

计算多普勒效应

考虑这样一种情况，即运动在听者L和源S之间的一条线上，从听者到源的方向是正的方向。速度vL和vS是监听器和震源相对于波介质的速度（在这种情况下，考虑静止时的空气）。声波的速度v总是被认为是正的。

应用这些动作，跳过所有杂乱无章的推导，我们得到听者听到的频率（fL）与源频率（fS）的关系：

fL = [(v + vL)/(v + vS)] fS

如果监听器处于静止状态，则vL=0。如果震源处于静止状态，则vS=0。这意味着，如果震源和监听器都不移动，则fL=fS，这正是人们所期望的。

如果侦听器正在向源移动，则vL&gt；0，但如果它正在远离震源，则vL&lt；0

或者，如果声源向听者移动，则运动方向为负方向，因此vS&lt；0，但如果源正在远离侦听器，则vS&gt；0

多普勒效应和其他波

多普勒效应基本上是物理波行为的一种特性，因此没有理由相信它只适用于声波。事实上，任何一种波似乎都会表现出多普勒效应。

同样的概念不仅适用于光波。这会使光沿电磁光谱（可见光和可见光以外）移动，从而在光波中产生多普勒频移，称为红移或蓝移，这取决于光源和观察者是相互远离还是相互靠近。1927年，天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）观察到来自遥远星系的光以一种与多普勒频移预测相匹配的方式移动，并能够利用这种方式预测它们离开地球的速度。结果表明，一般来说，遥远的星系比附近的星系离开地球的速度更快。这一发现有助于说服天文学家和物理学家（包括阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）认为宇宙实际上在膨胀，而不是永远保持静止，这些观察最终导致了大爆炸理论的发展。

发表于 2021-10-05 09:53
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分类：数学

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