多普勒和 多普勒效应.doc

多普勒和多普勒效应多普勒和多普勒效应奥地利物理学家及数学家多普勒?克里斯琴?约翰于1803年11月29日出生于奥地利的萨尔茨堡,他是一名石匠的儿子。父母本来期望他子承父业,可是他自小体弱多病,无法当一名石匠。他们接受了一位数学教授的意见,让多普勒到维也纳理工学院学习数学。多普勒毕业后又回到萨尔茨堡修读哲学课,然后再到维也纳大学学习高等数学、天文学和力学。毕业后,多普勒留在维也纳大学当了四年教授助理,又当过工厂的会计员,然后到了布拉格一所技术中学任教,同时任布拉格理工学院的兼职讲师。到了1841年,他才正式成为理工学院的数学教授。多普勒是一位严谨的老师,他曾经被学生投诉考试过于严厉而被学校调查。繁重的教务和沉重的压力使多普勒的健康每况愈下,但著名的"多普勒效应"使他闻名于世。1850年,他获委任为维也纳大学物理学院的第一任院长,可是他在三年后1853年3月17日在意大利的威尼斯去世,年仅四十九岁。什么是"多普勒效应"?我们先研究一个问题:"从甲地每天中午向乙地开出一列火车。同时,每天中午有一列火车从乙地开往甲地。火车在路上假定要走10天。现在问:你乘火车从乙地出发到甲地,路上一共会遇到多少列从甲地来的火车?"大家常常这样回答:10列。在一次数学家会议上,曾有一位数学家在吃早点的时候,向大家提出过这个问题,就有几位学者也是这样回答的。可是这样的回答是错的:你一路不但会遇到你动身以后从甲地开出的10列火车,还会遇到你动身以前已经在路上的那10列火车。所以正确的答案是20,不是10。同样,每一列从甲地开出的火车,都要装出当天出版的甲地报纸。如果你对甲地的新闻感兴趣,你当然会在车站上购买这种报纸。那末,问你在10天的旅程里能买到多少天的甲地报纸?不难得到正确的答案:20。也就是说,你每天可以读到两天的报纸。这个结论似乎有些出乎意料。如果你没有机会从实践当中证明它的正确性的话,你也许会不肯马上相信这个结论的。但是,当迎面开来的火车在你旁边经过的时候,你一定会注意到火车头上的汽笛声的音调有什么样的改变(这里是说音调,或声音的高低,不是说响度)。在一列火车迎面开来的时候,你听到的汽笛的音调,一定比这列火车相背离去,越开越远的时候的音调高得多。如果火车驶得很快(50公里每小时),那末音调高低上的区别,几乎可以达到一个全音程。这就是著名的"多普勒效应"。这到底是什么原因呢?你可以把这问题拿来同你研究前面问题的时候所得到的结果比较一下。迎面驶来的火车上的汽笛,自始至终发着一定振动次数的声音。可是你的耳朵却会觉察出不同的振动次数,这是看你是迎着火车走的,还是站着不动的,或是背着火车走的。你坐火车上甲地的时候,每天读到甲地报纸的次数既然比平时多,那么同样的道理,在你向着火车走近的时候,你每秒钟听到的振动次数,也比它们从火车头的汽笛里发出来的振动次数多。你的耳朵已经能听出它的振动次数是增多了──你直接听到了提高了的音调。在你背着火车走的时候,你的耳朵听到的振动次数是减少了──你听到的是降低了的音调。从1845年开始,便有人利用声波来进行实验。他们让一些乐手在火车上奏出乐音,请另一些乐手在月台上写下火车逐渐接近和离开时听到的音高。实验结果支持多普勒效应的存在。著名的多普勒效应不但可以在声音方面看到,在光的现象上也可以看到,因为光和声都是用波的形式传播的。波的次数增多,在声波方面,