多普勒效应问题多普勒效应中,若观察者不动,波源向着观察者移动,为什么会产生波长愈来愈短的情况,求详解.

Question

多普勒效应问题
多普勒效应中,若观察者不动,波源向着观察者移动,为什么会产生波长愈来愈短的情况,求详解.

Answer 1

　　多普勒效应（Doppler effect）是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的,他于1842年首先提出了这一理论.多普勒认为,物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化.在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高 (蓝移 (blue shift)).在运动的波源后面,产生相反的效应.波长变得较长,频率变得较低 (红移 (red shift)).波源的速度越高,所产生的效应越大.根据光波红/蓝移的程度,可以计算出波源循着观测方向运动的速度.恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度.除非波源的速度非常接近光速,否则多普勒位移的程度一般都很小.所有波动现象 (包括光波) 都存在多普勒效应.
　　多普勒效应指出,波在波源移向观察者时接收频率变高,而在波源远离观察者时接收频率变低.当观察者移动时也能得到同样的结论.但是由于缺少实验设备,多普勒当时没有用实验验证、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.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（c+v）/λ,如果观察者远离波源,则观察到的波源频率为（c-v）/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时更接近你自己.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