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多普勒效应该怎么理解？

波源,声源,观察者多普勒效应该怎么理解？

发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：




回答于 2019-09-11 08:43:50

多普勒效应最早是由奥地利物理学家克里斯琴·约翰·多普勒提出的。意思是：当波源与观测者靠近时，观测者会感觉波的频率变高；当波源与观测者远离时，观测者会感觉波的频率变低。

比方说，我们在路边见过救护车、消防车、警车吧？车从我们身边驶过以后，我们会感觉车笛声变低了，这就是因为多普勒效应。

再举个更简单的例子：假如你待在游泳池边，游泳池里有个朋友在上下打水花，每秒打一下。你会看到一个一个小波浪，朝你荡漾过来，每秒有一个小波浪打到你。如果你朝朋友游过去，想像一下，假如你游得很快，你会劈波斩浪，每秒可能撞到好几个小波浪。如果你在游泳池里，朝相反的方向游去，可能好几秒才有一个小波浪打到你。这就是多普勒效应。因为波源与观测者之间相互靠近或者相互远离，观测者感觉到的波频率与波源频率不同。




回答于 2019-09-11 08:43:50

多普勒效应是奥地利物理学家克里斯琴·约翰·多普勒于1842年通过偶然观察一列从他身旁驶过的蒸汽机车时，发现该火车离他越来越近时，汽笛声变得越来越大、且尖锐刺耳，而它逐步远离他后，汽笛声越来越小，且柔和动听。于是，就在当年，他就通过研究这类现象，总结出类似于“观察者和波源发生相对运动时，使观察者感到波的频率有较明显的变化的现象”的重要自然规律。

由于多普勒也是从声音产生的这种现象开始研究的，且对于满足光速不变原理的真空惯性系中的光波，当光源高速远离观察者时，观察到的电磁波谱会朝红光偏移，说明其频率降低；当光源高速靠近观察者时，观察到的电磁波谱会朝紫光偏移，说明其频率升高，这些现象也与多普勒效应相符。所以，我们不妨也以声波作为分析对象。当然，其它类型的波(如引力波、其它电磁波、机械波)由于都有频率和波长，也遵循该规律。

观察者相对声源静止

如图所示，当一束束声波从发生振动的发声体(声源)发出后，时时刻刻都会向四面八方的空气中传播频率相同的声波，即:当声源每秒钟完成f个全振动时，就会发射出f个声波，也即这些声波的频率与声源的频率是相同的。又由于在声音传播的相对狭小的区域里，空气近似均匀，所以，声波的传播速度保持不变，设其大小为v0，所以，任一声波的波长λ=v0/f也不变。由此可知，该声源每秒钟朝着观察者方向发射的f个声波的波长也是相等的，且观察者的耳内鼓膜每秒钟吸收了f个声波的能量，转换成鼓膜的f次振动。

当观察者以相对于声源的速度v逐步靠近声源时，如下图所示，由于这时观察者相对于其发出的声波的速度大小为v0 +ⅴ，即:相对于朝他传播的这束声波而言，观察者每秒钟经过的距离为v0 +ⅴ，而这段距离对应的声波波长个数为(v0 +ⅴ)/λ，也即:观察者相对于该声波的频率f＇=(v0 +ⅴ)/λ>v0/λ=f，所以，当观察者靠近声源时，他听到的声音的频率f＇比相对声源静止时的声音频率f高，且观察者的移动速度v越大，频率越高。

观察者靠近声源时的多普勒效应示意图

同理，当观察者以相对于声源的速度v逐步远离声源时，由于这时观察者相对于其发出的声波的速度大小为v0 -ⅴ，即:相对于追赶他的这束声波而言，观察者鼓膜每秒钟吸收声波所经距离由相对声源静止时的v0变为v0 -ⅴ，而这段距离对应的声波波长个数为(v0 -ⅴ)/λ，也即:观察者相对于该声波的频率f＇=(v0 -ⅴ)/λ<v0/λ=f，所以，当观察者远离声源时，他听到的声音的频率f＇比相对声源静止时的声音频率f低，且观察者的移动速度v越大，频率越低。当然，当观察者以声速远离声源时，如果他是在声波到达耳朵后再以声速运动，开始时也能听到声音，不过随着耳朵周围那一小部分声波传进耳朵，形成听觉后，就会消失；当超声速远离声源时，由于声源发出的声波不能传到耳内，所以听不到声音。而我们常见的声爆现象是指当声源的速度与声速相差不大或相同时，产生的声波无法远离声源，只好随着后续声波不断地在声源处或周围积累，最终产生高能量的冲击波造成巨大的爆炸声，就像打雷一样。

值得注意的是，声波只在空气中传播时，由于空气阻力的影响，即传播声波的空气分子之间因相互摩擦，会产生热损耗，使其机械能逐步减少，振幅就会逐步减小，直至声音消失。

由此可知，各类波都能发生多普勒效应，其现象与上述的光波的多普勒频移现象类似。

物理学家克里斯琴·约翰·多普勒

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回答于 2019-09-11 08:43:50

运动物体碰到特定频率的波（不管是电磁波还是机械波），会将自身频率叠加到入射波上，使得运动物体反射的波的频率相对原来的频率带来变化，变化量大小取决于目标相对入射波源的速度和入射波频率，变化方向（增大还是减小）取决于目标相对入射波源的方向，这就是多普勒效应。

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