多普勒效應是為紀念奧地利物理學家及數學家克裡斯琴·約翰·多普勒于1842年首先提出了這一理論而命名的。多普勒認為,物體輻射的波長因為波源和觀測者的相對運動而産生變化。
在運動的波源前面,波被壓縮,波長變得較短,頻率變得較高(藍移);在運動的波源後面時,會産生相反的效應。波長變得較長,頻率變得較低(紅移);波源的速度越高,所産生的效應越大。因此多普勒效應的原理可以簡述為:波在波源移向觀察者時接收頻率變高,而在波源遠離觀察者時接收頻率變低。當觀察者移動時也能得到同樣的結論。
假設原有波源的波長為λ,波速為c,觀察者移動速度為v:當觀察者走近波源時觀察到的波源頻率為(c v)/λ,反之則觀察到的波源頻率為(c-v)/λ。下面就是多普勒效應的公示:
為觀察到的頻率;
為發射源于該介質中的原始發射頻率;
為波在該介質中的行進速度;
為觀察者移動速度,若接近發射源則前方運算符号為 号, 反之則為 - 号;
為發射源移動速度,若接近觀察者則前方運算符号為 - 号,反之則為 号。
由此公式就可以計算出波源循着觀測方向運動的速度。
當然要在這裡指出的是,恒星光譜線的位移顯示恒星循着觀測方向運動的速度,除非波源的速度非常接近光速,否則多普勒位移的程度一般都很小。因此所有波動現象都存在多普勒效應。除此之外多普勒效應不僅僅适用于聲波,它也适用于所有類型的波,包括電磁波。
說的簡單一點,當一輛救護車迎面駛來的時候,聽到聲音越來越高;而車離去的時候聲音越來越低。這就是所謂的“多普勒效應”。
目前多普勒效應多被用在醫學上的彩色多普勒超聲技術,也就是所謂的彩超,高速公路上的測速裝置,以及航空測控中的飛機走向。
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