什么是多普勒?多普勒效应?它用在多方面吗?声音,光,多普勒也是由人名来命名的吗?多普勒手机又是怎么一回事?

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什么是多普勒?多普勒效应?它用在多方面吗?声音,光,
多普勒也是由人名来命名的吗?多普勒手机又是怎么一回事?

什么是多普勒?多普勒效应?它用在多方面吗?声音,光,多普勒也是由人名来命名的吗?多普勒手机又是怎么一回事?
多普勒效应是为纪念Christian Doppler而命名的,他于1842年首先提出了这一理论.但是由于缺少试验设备,多普勒但是没有用试验验证、几年后有人请一队小号手在平板车上演奏,再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化,以验证该效应.
多普勒效应指出,波在波源移向观察者时频率变高,而在波源远离观察者时频率变低.当观察者移动时也能得到同样的结论.假设原有波源的波长为λ,波速为c,观察者移动速度为v：
当观察者走近波源时观察到的波源频率为（v+c）/λ,如果观察者远离波源,则观察到的波源频率为（v-c）/λ.
一个常被使用的例子是火车的汽笛声,当火车接近观察者时,其汽鸣声会比平常更刺耳.你可以在火车经过时听出刺耳声的变化.同样的情况还有:警车的警报声和赛车的发动机声.
如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲,可以想象若你每走一步,便发射了一个脉冲,那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动是更接近你自己.而在你后面的声源则比原来不动时远了一步.或者说,在你之前的脉冲频率比平常变高,而在你之后的脉冲频率比平常变低了.
多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有类型的波,包括光波、电磁波.科学家哈勃Edwin Hubble使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论.他发现远离银河系的天体发射的光线频率变低,即移向光谱的红端,称为红移,天体距离越远红移越大,这说明这些天体在远离银河系.反之,如果天体正移向银河系,则光线会发生蓝移.
在移动通信中,当移动台移向基站时,频率变高,远离基站时,频率变低,所以我们在移动通信中要充分考虑多普勒效应.当然,由于日常生活中,我们移动速度的局限,不可能会带来十分大的频率偏移,但是这不可否认地会给移动通信带来影响,为了避免这种影响造成我们通信中的问题,我们不得不在技术上加以各种考虑.也加大了移动通信的复杂性.
在单色的情况下,我们的眼睛感知的颜色可以解释为光波振动的频率,或者解释为,在1秒钟内电磁场所交替为变化的次数.在可见区域,这种效率越低,就越趋向于红色,频率越高的,就趋向于蓝色——紫色.比如,由氦——氖激光所产生的鲜红色对应的频率为4.74×1014赫兹,而汞灯的紫色对应的频率则在7×1014赫兹以上.这个原则同样适用于声波：声音的高低的感觉对应于声音对耳朵的鼓膜施加压力的振动频率（高频声音尖厉,低频声音低沉）.
如果波源是固定不动的,不动的接收者所接收的波的振动与波源发射的波的节奏相同：发射频率等于接收频率.如果波源相对于接收者来说是移动的,比如相互远离,那么情况就不一样了.相对于接收者来说,波源产生的两个波峰之间的距离拉长了,因此两上波峰到达接收者所用的时间也变长了.那么到达接收者时频率降低,所感知的颜色向红色移动（如果波源向接收者靠近,情况则相反）.为了让读者对这个效应的影响大小有个概念,在图4中显示了多普勒频移,近似给出了一个正在远离的光源在相对速度变化时所接收到的频率.例如,在上面提到的氦——氖激光的红色谱线,当波源的速度相当于光速的一半时（参见图中所画的虚线）,接收到的频率由4.74×1014赫兹下降到4.74×1014赫兹,这个数值大幅度地降移到红外线的频段.
一、声波的多普勒效应
在日常生活中,我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火车经过某观察者时,他会发现火车汽笛的声调由高
变低. 为什么会发生这种现象呢?这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的,如果频率高,声调听起来
就高；反之声调听起来就低.这种现象称为多普勒效应,它是用发现者克里斯蒂安·多普勒（Christian
Doppler,1803-1853）的名字命名的,多普勒是奥地利物理学家和数学家.他于1842年首先发现了这种效应.为了理
解这一现象,就需要考察火车以恒定速度驶近时,汽笛发出的声波在传播时的规律.其结果是声波的波长缩短,好象
波被压缩了.因此,在一定时间间隔内传播的波数就增加了,这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因；相反,
当火车驶向远方时,声波的波长变大,好象波被拉伸了. 因此,声音听起来就显得低沉.定量分析得到f1=（u+v0）
/（u-vs）f ,其中vs为波源相对于介质的速度,v0为观察者相对于介质的速度,f表示波源的固有频率,u表示波
在静止介质中的传播速度. 当观察者朝波源运动时,v0取正号；当观察者背离波源（即顺着波源）运动时,v0取负
号. 当波源朝观察者运动时vs前面取负号；前波源背离观察者运动时vs取正号. 从上式易知,当观察者与声源相互
靠近时,f1＞f ；当观察者与声源相互远离时.f1＜f
二、光波的多普勒效应
具有波动性的光也会出现这种效应,它又被称为多普勒-斐索效应. 因为法国物理学家斐索（1819-1896）于
1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释,指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法.光波与声波的不同之
处在于,光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化. 如果恒星远离我们而去,则光的谱线就向红光方向移动,称为
红移；如果恒星朝向我们运动,光的谱线就向紫光方向移动,称为蓝移.
三、光的多普勒效应的应用
20世纪20年代,美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时,首先发现了光谱的红移,认识到了
旋涡星云正快速远离地球而去.1929年哈勃根据光普红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离
r成正比,即v=Hr,H为哈勃常数.根据哈勃定律和后来更多天体红移的测定,人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀,
物质密度一直在变小. 由此推知,宇宙结构在某一时刻前是不存在的,它只能是演化的产物. 因而1948年伽莫夫（
G. Gamow）和他的同事们提出大爆炸宇宙模型. 20世纪60年代以来,大爆炸宇宙模型逐渐被广泛接受,以致被天文
学家称为宇宙的"标准模型" .
多普勒-斐索效应使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能,这只要分析一下接收到的光的频谱就行
了. 1868年,英国天文学家W. 哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度（即物体远离我们而去的速度）,得出了
46 km/s的速度值