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📜  多普勒效应 – 定义、公式、示例

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:57:36.585000             🧑  作者: Mango

多普勒效应 – 定义、公式、示例

多普勒效应是波的一个重要现象。这种现象在许多科学领域都有应用。从自然的物理过程到行星运动，只要有波并且物体相对于波行进，这种效应就会发挥作用。在我们周围的现实世界中，当救护车等车辆在人附近行驶时可以看到。然后，该人观察到当救护车接近然后经过该人时，救护车的警报频率发生变化。有这么多这种效应的例子，研究这种效应就变得很重要了。让我们详细看看这个效果。

多普勒效应

在如上所述的日常经验中，火车汽笛的频率随着火车接近车站然后离开车站而变化。当有人以速度接近静止的声源时。来自源的声音的音高似乎大于其实际音高。当观察者远离声源时，观察到的频率似乎低于声源声音的实际频率。这种与运动相关的观察频率变化称为多普勒效应。

这是一种波现象，它不仅仅适用于声波。它适用于所有波浪。在研究多普勒效应时应该分析三种可能的情况：

  1. 观察者是静止的，但源是移动的。
  2. 观察者在移动，但源是静止的。
  3. 源和观察者都在移动。

来源搬家：观察者文具

接近车站的火车是接近观察者的声源的一个例子。下图显示了源在移动而物体静止的情况。物体的速度用 v s表示。如果源的实际频率用 f 表示，而 f' 表示观察到的频率。如果“v”表示声波的速度。然后观察到的频率，在这种情况下，由下式给出，

f' = \frac{V}{V - V_s}f

源静止：观察者移动

一位坐在车里的观察者正在接近正在举行音乐会的体育场。这是观察者移动并接近源的情况的示例。在源静止而物体移动的情况下。物体的速度用 v o表示。如果源的实际频率用 f 表示，而 f' 表示观察到的频率。如果“v”表示声波的速度。然后观察到的频率，在这种情况下，由下式给出，

f' = \frac{V + V_o}{V}f

源和观察者都在移动

下图显示了源和观察者都在移动的场景。物体的速度由 v o表示，而源的速度由 v s给出。如果源的实际频率用 f 表示，而 f' 表示观察到的频率。如果“v”表示声波的速度。然后观察到的频率，在这种情况下，由下式给出，

f' = \frac{V + V_s}{V - V_o}f

请注意，第三种情况结合了前两种情况。这意味着第三种情况是前两种情况的概括。如果速度方向相反。速度的符号相应地改变。

多普勒效应的局限性

尽管多普勒效应在几乎所有存在波的领域都有应用，但它仍然具有一定的局限性。它仅适用于声速和物体的速度远小于该介质中的声速的情况。此外，在多普勒效应公式的情况下，物体和源的运动必须沿着同一条线。

示例问题

问题 1：救护车以 3 m/s 的速度接近一个人。假设救护车的警笛频率为440Hz。找出观察者听到警报器的频率。 （空气中的声速 = 360 m/s）。

回答：

问题 2：一辆救护车以 6 m/s 的速度从一个人身边后退。假设救护车的警笛频率为440Hz。找出观察者听到警报器的频率。 （空气中的声速 = 360 m/s）。

回答：

问题 3：一个人正在以 10m/s 的速度骑摩托车接近体育场。假设从体育场传出的声音频率为 400Hz。找出人在声音中听到的频率。 （空气中的声速 = 360 m/s）。

回答：

问题 4：一个人正在接近一辆速度为 20 m/s 的面包车，一辆摩托车以 10m/s 的速度行驶。假设从面包车中传出的喇叭声的频率为400Hz。找出人在声音中听到的频率。 （空气中的声速 = 360 m/s）。

回答：

问题 5：一个人正在接近一辆以 20 m/s 的速度驶离的货车，一辆摩托车以 10m/s 的速度行驶。假设从面包车中传出的喇叭声的频率为400Hz。找出人在声音中听到的频率。 （空气中的声速 = 360 m/s）。

回答：