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炮弹在空中发出的声音音调为什么由高到低

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2007-07-29

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    多普勒效应 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。  74×10^14赫兹,而汞灯的紫色对应的频率则在7×10^14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。74×10^14赫兹下降到4。74×10^14赫兹,这个数值大幅度地降移到红外线的频段。
   。

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