多普勒效应
ドップラー効果
一句话结论
f' = f (V − vo) / (V − vs),其中速度以「从声源指向观测者」为正方向。判断结果合理性的口诀:靠近变高、远离变低。
声源朝你跑来时,它发出的每个波前都比上一个更靠近你,波长被「挤短」,于是你听到的频率变高。反过来远离就被「拉长」变低。救护车驶过时音调由高突然转低,就是这件事。关键在于:声源移动改变波长,观测者移动改变相遇频率——两者机制不同,但公式统一处理。
为什么是这样
救护车驶过时音调由高突然转低,这是多普勒效应(ドップラー効果)。它的成因分两种,机制完全不同,值得分开理解。
声源移动改变波长:声源朝你跑来时,它发出的每个波前都比上一个更靠近你,前方的波被「挤密」,波长变短,于是你听到的频率变高。这是真实的空间波长变化。
观测者移动改变相遇频率:你朝声源跑去时,空间中的波长完全没变,但你单位时间「迎上」的波数增多了,所以听到的频率也变高。这一种并不改变波长。
两种机制不同,但公式统一处理。判断结果对不对只需一句常识:靠近变高,远离变低。
定量表达
f′=f(V−vo)⁄(V−vs)。四种情况(源近/源远/观测者近/观测者远)的加减号很容易记混,所以不要背符号,而要固定一个正方向。
本教材约定正方向为从声源指向观测者。代入前先在纸上画这个箭头,然后把两个速度写成带符号的数:与箭头同向为正,反向为负。
这样处理之后四种情况自动统一,不需要记四条式子。代完再用「靠近变高、远离变低」检验一遍,符号错了立刻能发现。
f′=f(V−vo)V−vs
- f′
- 观测到的频率[Hz]
- f
- 声源发出的频率[Hz]
- V
- 声速[m/s]
- vo
- 观测者速度(沿「声源→观测者」方向为正)[m/s]
- vs
- 声源速度(同一正方向)[m/s]
适用条件
- 正方向统一定义为从声源指向观测者,代入前先画箭头
- 沿两者连线的运动才用此式;斜向运动要取分量
- 结果必须通过「靠近变高、远离变低」的常识检验
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