光的多普勒效应(多普勒效应是波的干涉还是衍射)

光的多普勒效应有何应用

当我们站在火车站的站台上,火车拉响汽笛急驶而过时会有两种截然不同的感受。当火车朝我们开来时,汽笛声越来越尖——频率增大;当火车离我们而去时,笛声越来越低沉——频率减小。发声物体相对于接受声音的观察者运动时,虽然发出声音的频率始终如一,但观察者接收到的频率却发生了变化。这种现象是奥地利物理学家多普勒(Christian

Doppler)在1842年发现的,后人称之为“多普勒效应”。

多普勒效应不仅适用于声波,同样也适用于光波。当光源快速朝着我们运动时,它所发射的光会发生“蓝移”,频率增大;反之,当光源离我们而去时,它所发射的光会发生“红移”,频率减小。天文学家常常反过来利用多普勒效应:把某个恒星发的光谱与正常的光谱相比较,如果光谱线“蓝移”,则说明这个恒星正向着我们而来;如果光谱线“红移”,则说明这个恒星背离我们而去。而且根据“蓝移”和“红移”量的大小还可以估算出该恒星的运动速度。

多普勒效应是什么

声源和观测者存在着相对运动,当声源离观测者而去时,声波的波长增加,音调降低,当声源接近观测者时,声波的波长减小,音调升高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大,改变就越明显,这就是多普勒效应。

多普勒效应这个名字也许唬住了很多人,其实这是一个在我们日常生活中经常会见到的现象。当一个声源面向我们靠近的时候,我们听到的声音越来越高;反之,当声源渐渐远离我们,我们听到的声音就会越来越低。回想一下,一辆救护车或者警车不断尖叫着向你驶来的场景,应该会很容易理解这个现象。

但就是这么一个简单的事情,引起了物理学家多普勒的兴趣,他对此研究发展出了自己的一套理论。另外,体检过的读者一定都对彩超机器不陌生,实际上,彩超所应用的原理也是多普勒效应。所以说,多普勒效应与我们的生活息息相关。

多普勒效应在生活中的应用

一、雷达测速仪

检查机动车速度的雷达测速仪也是利用这种多普勒效应。交通警向行进中的车辆发射频率已知的电磁波,通常是红外线,同时测量反射波的频率。根据反射波频率变化的多少就能知道车辆的速度。装有多普勒测速仪的警车有时就停在公路旁,在测速的同时把车辆牌号拍摄下来,并把测得的速度自动打印在照片上。

二、多普勒效应在医学上的应用

在临床上,多普勒效应的应用也不断增多。近年来迅速发展起来的超声脉冲Doppler检查仪,当声源或反射界面移动时,比如当红细胞流经心脏大血管时,从其表面散射的声音频率发生改变,由这种频率偏移就可以知道血流的方向和速度,如红细胞朝向探头时,根据Doppler原理,反射的声频则提高,如红细胞离开探头时,反射的声频则降低。

医生向人体内发射频率已知的超声波,超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收,测出反射波的频率变化,就能知道血流的速度(这种方法俗称“彩超”,可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变。

心脏彩色多普勒的应用:朝向人来时,频率增高,音调变尖;背离人去时,频率降低,音调变粗。这种频移现象就是多普勒效应造成的。心脏彩色多普勒正是应用这种原理,集所有超声诊断功能于一体,把心脏血流描绘得微妙微肖,成为目前世界上最先进的超声诊断设备。

心脏彩色多普勒是一种非侵入性检查心脏病的重要技术之一,对病人无痛苦、无损害、方法简便、可重复多次、显像清晰,诊断准确率高,易普及推广,已成为现代临床医学中不可缺少的诊断工具,是诊断心脏病特别是先天性心脏病的有效方法。

三、宇宙学研究中的多普勒现象

宇宙中的星球都在不停地运动(测量星球上某些元素发出的光波的频率,然后跟地球上这些元素静止时发光的频率对照,就可以算出星球靠近或远离我们的速度。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年哈勃根据光谱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。

多普勒效应四个公式

多普勒效应的公式有:f'=f*(1+v/V)/(1-u/V),式中v>0或v0或u<0分别表示波源趋近或背离观察者。光波的多普勒效应公式(即考虑络纶兹变化)为f=((c-v)/(c+v))^(1/2)*f。

多普勒效应(Dopplereffect)是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒(ChristianJohannDoppler)而命名的,他于1842年首先提出了这一理论。

物体辐射的波长因为波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blueshift)。

多普勒效应从19世纪下半叶起就被天文学家用来测量恒星的视向速度。现已被广泛用来佐证观测天体和人造卫星的运动。

在运动的波源前面,波被压缩,波长变得较短,频率变得较高,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,波源的速度越高,所产生的效应越大。

多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有类型的波,包括电磁波。科学家爱德文·哈勃(EdwinHubble)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,天体离开银河系的速度越快红移越大,这说明这些天体在远离银河系。

既然有光速不变原理,那为什么光还会受到多普勒效应的影响呢

当观察者的速度远低于光速时,这个公式被简化为牛顿力学。这就是从参照系转换中得出的多普勒效应。下面将讨论波源的运动。在这种情况下,波源在运动,而观察者是静止的。但问题是静止的观看者收到的两个发射的波之间的时间差是多少。如果是牛顿力学,我们可以很容易地计算出来。在初始时刻,波源刚刚发出第一道波,波源和观看者之间的距离是L,波需要在L/ U的时刻被观看者接收。

因为波源在移动,当第二列波发出时(时间T=1/f),它只需要走过(L-vt)的距离就能被观看者接收,即在时间(L±vT)/u+T,所以对观看者来说,波的周期是T'=(1±V/u)T。这样我们就得到了波的频率。对于多普勒效应,波长和频率的变化在光速下保持不变。光的速度保持不变。这就是光速不变的原理--当光源在移动时,光速不会与光源的速度相加。

波长和频率的乘积就是光速。因此,当多普勒效应发生时,如果波长变长,频率就必须下降--这样,乘积就保持不变了。同样地,当多普勒效应发生时,如果波长变短,频率就会上升。因此,在你提到的那篇文章中,"据说行星或星系的红移意味着它正在远离或接近地球。这难道不意味着在相同的介质条件下,光速会有不同的速度吗?"在这段话中,你对光有误解。

这不是光的速度,而是波长或频率。红移是指当光的颜色是超红的时候,颜色发生了偏差,比如绿光变成了红光--这就是红移,这里不是光的速度,是光的颜色。当我们说波长的时候,我们指的是颜色。当然,除了运动引起的多普勒效应外,还有宇宙学红移。