多普勒效應

多普勒效應

多普勒效應(多普勒效應)

多普勒效應是為紀念奧地利物理學家及數學家克里斯琴·約翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了這一理論。主要內容為：由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率發生變化的現象，稱為多普勒效應。如果二者相互接近，觀察者接收到的頻率增大；如果二者遠離，觀察者接收到的頻率減小。

多普勒效應Doppler effect 多普勒效應是為紀念奧地利物理學家及數學家克里斯琴·約翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了這一理論，主要內容為：物體輻射的波長因為波源和觀測者的相對運動而產生變化。在運動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高 （藍移blue shift）；在運動的波源后面時，會產生相反的效應。波長變得較長，頻率變得較低 （紅移red shift）；波源的速度越高，所產生的效應越大。根據波紅（藍）移的程度，可以計算出波源循著觀測方向運動的速度。 恒星光譜線的位移顯示恒星循著觀測方向運動的速度，除非波源的速度非常接近光速，否則多普勒位移的程度一般都很小。所有波動現象都存在多普勒效應。

1842年奧地利一位名叫多普勒的數學家、物理學家。一天，他正路過鐵路交叉處，恰逢一列火車從他身旁馳過，他發現火車從遠而近時汽笛聲變響，音調變尖，而火車從近而遠時汽笛聲變弱，音調變低。他對這個物理現象感到極大興趣，并進行了研究。發現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象。這就是頻移現象。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動機聲。 如果把聲波視為有規律間隔發射的脈沖，可以想象若你每走一步，便發射了一個脈沖，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。或者說，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。 產生原因： 聲源完成一次全振動，向外發出一個波長的波，頻率表示單位時間內完成的全振動的次數，因此波源的頻率等于單位時間內波源發出的完全波的個數，而觀察者聽到的聲音的音調，是由觀察者接受到的頻率，即單位時間接收到的完全波的個數決定的。當波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率會改變．在單位時間內，觀察者接收到的完全波的個數增多，即接收到的頻率增大．同樣的道理，當觀察者遠離波源，觀察者在單位時間內接收到的完全波的個數減少，即接收到的頻率減小．

觀察者 (Observer) 和發射源 (Source) 的頻率關系為： 為觀察到的頻率； 為發射源于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符號為 + 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符號為 - 號，反之則為 + 號。

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