首页 了不起的物理

16 会车的声音为什么忽高忽低:多普勒效应

字体:16+-

你有没有发现生活中的一种现象?当你乘坐一辆汽车,迎面驶来一辆鸣笛的救护车,你坐在车里听到救护车的声音,音调会变高,当它离你而去的时候,音调又变低了,但坐在救护车里的人听到的声音音调是不会变化的,这就是“多普勒效应”。

我们知道声音是一种机械波,声波其实就是介质的振动。比如,你能听见我说话,是因为空气振动传递到了你的耳朵里。波的形态一般可以描绘成波浪状。

我们听到声音音调的高低,其实是由声波的频率来体现的。频率越高的声音,听上去音调就越高,反之则越低。

波长和频率基本上描述的是同一件事。所谓波长,就是一个完整的波的长度,频率则是一秒钟的振动次数,频率越高则波长越短,频率越低波长就越长,波长和频率成反比。

理解了音调高是频率变高且波长变短、音调变低是频率变低且波长变长以后,就可以理解什么是多普勒效应了。当波的接收者和波源存在相对运动的时候,接收者接收到波的频率和波源发出的频率不一样。当我们听到音调变高了,其实是我们接收到声波的频率变高了,反之亦然。但是用频率来分析很难看出里面的原因,我们可以转换到波长的视角来看。当我们听到音调变高了,其实是声音的波长变短了,当我们听到音调变低了,其实是声音的波长变长了。

为什么会这样呢?我们可以这样考虑:波源发出波的时候,是先发出一个波头,在空中划过一个波长的距离,最后发出一个波尾。但如果这个时候波源再向我们靠近的话,在划出整个波的这段时间里,波源已经前进了一段距离,也就是当波源最终发出波尾的时候,波尾的位置已经比原本声源不动时候的位置要靠前了。于是这个波源发出的波就比原本的波的波长短了。对于接收者来说,波长短了,频率就高了。