火車汽笛為什么變化淺談多普勒效應(yīng)

1、.火車汽笛為什么變化淺談多普勒效應(yīng)一、聲波的多普勒效應(yīng)在日常生活中，我們都會(huì)有這種經(jīng)歷：當(dāng)一列鳴著汽笛的火車經(jīng)過(guò)某觀察者時(shí)，他會(huì)發(fā)現(xiàn)火車汽笛的腔調(diào)由高變低.為什么會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象呢？這是因?yàn)榍徽{(diào)的上下是由聲波振動(dòng)頻率的不同決定的，假如頻率高，腔調(diào)聽(tīng)起來(lái)就高；反之腔調(diào)聽(tīng)起來(lái)就低.這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)，它是用發(fā)現(xiàn)者克里斯蒂安·多普勒ChristianDoppler,1803-1853的名字命名的，多普勒是奧地利物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家.他于1842年首先發(fā)現(xiàn)了這種效應(yīng).為了理解這一現(xiàn)象，就需要考察火車以恒定速度駛近時(shí)，汽笛發(fā)出的聲波在傳播時(shí)的規(guī)律.其結(jié)果是聲波的波長(zhǎng)縮短，好象波被壓縮了.因此，在

2、一定時(shí)間間隔內(nèi)傳播的波數(shù)就增加了，這就是觀察者為什么會(huì)感受到腔調(diào)變高的原因；相反，當(dāng)火車駛向遠(yuǎn)方時(shí)，聲波的波長(zhǎng)變大，好象波被拉伸了.因此，聲音聽(tīng)起來(lái)就顯得消沉.定量分析得到f1=u+v0/u-vsf，其中vs為波源相對(duì)于介質(zhì)的速度，v0為觀察者相對(duì)于介質(zhì)的速度，f表示波源的固有頻率，u表示波在靜止介質(zhì)中的傳播速度.當(dāng)觀察者朝波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，v0取正號(hào)；當(dāng)觀察者背離波源即順著波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，v0取負(fù)號(hào).當(dāng)波源朝觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)vs前面取負(fù)號(hào)；前波源背離觀察者運(yùn)動(dòng)時(shí)vs取正號(hào).從上式易知，當(dāng)觀察者與聲源互相靠近時(shí)，1；當(dāng)觀察者與聲源互相遠(yuǎn)離時(shí)。二、光波的多普勒效應(yīng)具有波動(dòng)性的光也會(huì)出現(xiàn)這種效應(yīng)，它又被稱為多普

3、勒-斐索效應(yīng).因?yàn)榉▏?guó)物理學(xué)家斐索1819-1896于1848年獨(dú)立地對(duì)來(lái)自恒星的波長(zhǎng)偏移做理解釋，指出了利用這種效應(yīng)測(cè)量恒星相對(duì)速度的方法.光波與聲波的不同之處在于，光波頻率的變化使人感覺(jué)到是顏色的變化.假如恒星遠(yuǎn)離我們而去，那么光的譜線就向紅光方向挪動(dòng)，稱為紅移；假如恒星朝向我們運(yùn)動(dòng)，光的譜線就向紫光方向挪動(dòng)，稱為藍(lán)移.三、光的多普勒效應(yīng)的應(yīng)用20世紀(jì)20年代，美國(guó)天文學(xué)家斯萊弗在研究遠(yuǎn)處的旋渦星云發(fā)出的光譜時(shí)，首先發(fā)現(xiàn)了光譜的紅移，認(rèn)識(shí)到了旋渦星云正快速遠(yuǎn)離地球而去.1929年哈勃根據(jù)光普紅移總結(jié)出著名的哈勃定律：星系的遠(yuǎn)離速度v與距地球的間隔 r成正比，即v=Hr,H為哈勃常數(shù).根據(jù)哈勃定律和后來(lái)更多天體紅移的測(cè)定，人們相信宇宙在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)一直在膨脹，物質(zhì)密度一直在變小.由此推知，宇宙構(gòu)造在某一時(shí)刻前是不存在的，它只能是演化的產(chǎn)物.因此1948年伽莫夫G.Gamow和他的同事們提出大爆炸宇宙模型.20世紀(jì)60年代以來(lái)，大爆炸宇宙模型逐漸被廣泛承受，以致被天學(xué)家稱為宇宙的"標(biāo)準(zhǔn)模型".多普勒-斐索效應(yīng)使人們對(duì)距地球任意遠(yuǎn)的天體的運(yùn)動(dòng)的研究成為可能，這只要分析一下接收到的光的頻譜就行了.1868