多普勒與多普勒效應(yīng)

劉毅　李紹林

那是1842年的一天。奧地利數(shù)學家、物理學家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步。一列火車從遠處開來。細心的多普勒突然注意到了這樣一個現(xiàn)象：火車在靠近他們時笛聲越來越刺耳。然而就在火車通過他們身旁的一剎那。笛聲音調(diào)突然變低了。隨著火車的遠去。笛聲響度逐漸變?nèi)?，直到消失。這個平常的現(xiàn)象吸引了多普勒的注意。他思考：為什么笛聲的音調(diào)會變化呢？

多普勒仔細研究過火車事件后。注意到：當觀察者與聲源相對靜止時。聲波的頻率沒有改變：當聲源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的聲波頻率就會發(fā)生變化。他的這一結(jié)論立即引起了許多人的質(zhì)疑和反對。反對者認為。這不過是聽者耳朵的一種錯覺罷了。面對權(quán)威的反對。多普勒很想利用實驗來驗證。但在那個時代。根本沒有精密儀器能夠檢測出音調(diào)的變化。最后。聰明的多普勒終于想到了一個“笨”方法：請專業(yè)的樂手親耳辨別。

在一個陽光明媚的早晨。多普勒請了一隊小號手在行駛的平板車上演奏。再請訓(xùn)練有素的音樂家用耳朵來辨別號手們逐漸走近又逐漸走遠時聲音音調(diào)的變化。以驗證該理論。結(jié)果這些音樂家用自己的耳朵聽出了音調(diào)有相應(yīng)的變化。音樂家的結(jié)論讓多普勒欣喜異常。讓他更加堅信自己觀點的正確性。

但為什么會有這樣的現(xiàn)象呢？多普勒又進行了很多相關(guān)的研究。

我們知道。音調(diào)是由發(fā)聲體振動的頻率決定的。既然音調(diào)發(fā)生了變化。則一定是聲波的頻率改變了。經(jīng)過仔細分析。多普勒終于發(fā)現(xiàn)了這樣一個規(guī)律：聲波頻率在聲源移向觀察者時變高。而在聲源遠離觀察者時變低。即。觀察者與聲源的相對運動改變了觀察者所接收到的聲波頻率。這種現(xiàn)象我們現(xiàn)在就稱之為多普勒效應(yīng)。

以汽車的運動來說明。當汽車以恒定速度駛近我們時，汽車鳴笛發(fā)出的聲波在傳播過程中好像被壓縮了。也就是聲波的波長縮短了，因此在一定時間間隔內(nèi)我們接收到的汽笛聲的波數(shù)就增加了。這就是我們?yōu)槭裁磿杏X音調(diào)變高的原因。相反。當汽車駛向遠方時，聲波被拉伸了，聲波的波長變長，因此。聲音聽起來就顯得低沉。

多普勒效應(yīng)現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，例如，高速路上的測速儀。測速儀向行進中的車輛發(fā)射頻率已知的電磁波。同時測量反射波的頻率。根據(jù)反射波頻率變化的多少就能知道車輛的速度了。醫(yī)學上用來診斷病情的彩超用到的也是多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)也適用于電磁波。著名的科學家愛德文·哈勃還根據(jù)多普勒效應(yīng)得出宇宙正在膨脹的結(jié)論。

責任編輯 林洋