多普勒效应的应用(多普勒效应)

多普勒效应的应用

点击上面文字添加关注!推荐指数★★★★★“今天又是我最喜欢的天文课!”
“哥讲的太精彩了!”
“我要加入星云社”
“感谢天文哥哥”……
左右滑动查看更多
又是一节生动的天文课,课虽讲完了,星云天文班的孩子们却深深地迷恋上星云社小讲师苏欣同学,围着抱着提问题,写下一篇篇优秀的课后感。小哥哥和小娃们也产生了“多普勒效应”,一起来看看吧!

多普勒效应

生活中有这样一个有趣的现象:
当一辆救护车迎面驶来的时候,
汽笛声听起来很高亢;
但它从你身边经过后,
声音就会变得低沉。
这就是“多普勒效应”。

早在1842年,奥地利物理学家多普勒带着心爱的女儿在铁道旁散步,发现当火车从远方驶近时,声音的频率似乎越来越高,而驶离时则越来越低。他经过认真研究,发现波源和观察者互相靠近或者互相远离时,观察到的波的频率都会发生变化,并且做出了解释。后来人们把这种现象称为多普勒效应。

播放
这个现象的原理是什么呢?
我们还以救护车为例,警笛声是以波的形式传播,当救护车静止时,声波以恒定的频率传播;当车开动时,前面的声波会被压缩,后面的声波会被拉长。车前的声波被压缩,因此频率会变高,又因为高音的频率也高,所以汽笛声听上去更高了。而车后的声波被拉长,因此频率变低,声音也会更低沉。所以,一旁的观察者首先会听见高亢的声波立即又听见低沉的声波。

多普勒效应的应用

生活中,交通警检查机动车速度的雷达测速仪,就是利用多普勒效应原理设计的。测速仪发出并接收汽车反射回来的电磁波,根据反射波频率变化就能测出车辆的速度,从而对超速的汽车做出记录。
声波的多普勒效应可以用于医学的诊断,也就是我们平常说的彩超。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,由此,医生就可以检查心脏、大脑和眼底血管的病变 。
声音是一种机械波,光是一种电磁波,它们都属于波的一种,当光源和观察者有相对运动时,同样能产生多普勒效应。
光波的频率决定着色光的颜色。频率由低到高依次对应红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。其中红光频率最低,波长最长;紫光的频率最高,但波长最短。当光源向你快速运动时,光的频率也会增加,表现为光的颜色向蓝光方向偏移(因为在可见光里,蓝光的频率高),即光谱出现蓝移 ;而当光源快速离你而去时,光的频率会减小 ,表现为光的颜色会向红光方向偏移(因为在可见光里,红光的频率低),即光谱出现红移。
播放
在天文学方面,早在20世纪初,科学家爱德文·哈勃就运用多普勒效应得出宇宙正在膨胀。他发现如果恒星远离我们,它发出的光就会在光谱上向红端移动(红移);如果恒星向我们靠近,它发出的光就会在光谱上向蓝端移动(蓝移)。以此得出重要结论:星系看起来都在远离我们而去,且距离越远,远离的速度越快。在此之后红移蓝移被大量运用于天体相对于我们的运动速度的计算之中。 该理论作为宇宙大爆炸理论基础被现在的大量科学家所推崇。

广义相对论中的红移

1917年,爱因斯坦建立了广义相对论,开创了现代宇宙学的理论研究 。他就预言过存在这样一种天体,它的引力使得周围的时空产生极大的弯曲,就连光也无法逃脱。最早“黑洞”只是在计算中用来求解,并没有任何观测数据可以证明这样的天体是存在的。但是“黑洞”的引力如此之大,根据多普勒效应,当光线穿过它的引力场时,理论上一定会发生红移。
1959年,科学家们在实验室里测量出细微的引力红移现象,验证了这个预言,那时“黑洞”才算是真正被发现。而如今我们寻找到“黑洞”时,依然依靠这样的“引力红移”现象。这也是为什么“黑洞”附近的光是红色的原因。正是这样,人类对宇宙时空的探索,一步步愈加清晰、精确。

世界首张黑洞照片

M87中心黑洞与我们太阳系的大小对比,图片来自xkcd

小结

“多普勒效应”来源于我们的生活,科学家们将所提炼出的理论公式又在实践中得到检验,而后再把此理论应用于生活层面,服务于人类。在这大千世界拥有着丰富的知识,同学们在学知识时,也应从生活中来,生活中学,最后还要应用到生活中去。这样的学习才是生动的,充满着智慧的。星云天文班的小娃们,继续努力吧!

扫码立即关注我们

仰望星空我心灿烂

多普勒效应的应用相关文章

赞 (0)