多普勒效应是什么?

多普勒效应是什么?什么叫"红移"?谁能说得具体些? 不要太抽象!

2025-03-13 03:27:43

推荐回答（4个）

回答1：

为了更多地了解银河系，我们必须研究确定星体运动的方法。当哈雷发现彗星在运动着的时候，他只能测量它
们走过的可视路线（固有运动）的路程，它们仿佛是在沿天体滑动着。然而，一旦天体不存在了，而且星星穿过广
阔的太空分布在距我们较近或较远处，变得十分明显，问题就出现了：某一特定的星体是正朝向我们运动，还是背
离我们运动着呢？此运动（相向或背向）被称为径向运动，因为星星被看作在沿着轮辐（或半径）朝向或背向我们
运动着，此轮以地球为中心，远离我们延伸出去。

我们如何才能探测出这个运动呢？如果一颗星正径直地背向我们或朝向我们运动，那么它在太空中的位置是不
变的。当然，如果它们背离我们运动，它将在天空中变得越来越暗。如果它稳定地朝向我们运动，则会变得越来越
亮，但是星星离我们那么远，而且相对那巨大的距离而言移动是那么缓慢，那么星星用几千年而改变的亮度完全可
以用精密仪器探测出来。此外，即使一颗星是以固有运动穿过太空，它也可以是朝向或背向我们运动以至于它在三
维空间中存在着倾斜运动。如何才能观察到这种运动呢？

此答案是在从地球上观察到的一个现象中被发现的，好像与星星无关。如果一个骑兵正在军事进攻中冲锋，吹
号以鼓舞自己军队的士气而威吓敌军，当他移向一个静止不动的收听者时，号声好像改变了音高。当掠过时，声音
突然呈现为较低的音高。

这个现象在战争最激烈时没有被发现，但在1815年，英国工程师乔治。斯蒂芬森发明了铁道机车，它不是多年
前的那种跑起来跟奔马的速度一样或再快一点的机车。更重要的是，当它们穿过人口稠密的地区时，通常会发出某
种汽笛声来警告人们，所以当机车经过时听到突然降低的声音就非常普遍了。为什么会发生这种情况？疑问就出现
了。

奥地利物理学家克里斯琴。乔安娜。多普勒十分准确地解决了问题，判定当机车逼近时，每个连续的声音都稍
微追上它前面的那个，因此它们比机车静止时更频繁地传入耳朵。因此，比机车静止时的汽笛声要高。当机车经过
或开始后退时，每个连续声波都被拉离前面那个，那么就比机车静止时传到耳朵的次数少，所以听起来音高就较低。

那么在机车穿过时声音存在着自然的变化过程，由比正常的高到比正常的低，由高音到低音。

在1842年，多普勒解出了速度与音高的数学关系，并通过火车头以不同的速度来回拖着平板车而成功地验证了
这个关系。吹号手在平板车上吹出各种音调，在地面上，具有绝对音高感的音乐家记录火车经过时的声音变化。因
此，这种音高变化被称为多普勒效应。

到现在，人们发现光也是由波构成的，虽然它的波比声波要小得多。1848年，法国物理学家阿曼德。希玻利特。

费佐指出多普勒效应适用于任何波的运动，包括光。因此，常常把光运动的方式称为多普勒—费佐效应。

如果一颗星既不靠近又不远离我们，那么它的光谱中的黑线就保持在适当的位置。如果星体背向我们运动，它
发出的光的波长较长（是较低音高的等价值），而且黑线总是向光谱中的红光端移动（红向移动）。移动得越多，
背离我们运动的速度越快。另一方面，如果星体向我们靠近，它发出的光的波长较短（是较高的音高的等价值），
光谱线朝向光谱中的紫光端移动。而且，移得越远，靠近我们运动的速度越快。

如果我们知道径向运动（相向或背向），又知道固有运动（朝一侧），我们就能计算出星体在三维空间中的真
实运动。事实上，径向速度是其中非常重要的。只有星体离我们足够近而且它穿过天空的运动快得可以被觉察出来
时，固有运动才能被测量，但只有非常小的一部分星体是离我们那么近的。另一方面，无论星体离我们多远，只有
它的光谱是可以得到的，才能确定径向运动。在1868年，威廉。哈金斯首次确定了星星的径向速度。他发现天狼星
以大约46公里/ 秒次强的速度背离我们。目前，我们有较好的图表，很接近首次尝试。

回答2：

多普勒效应（Doppler effect）是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。多普勒认为，物体辐射的波长因为光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 (blue shift))。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 (红移 (red shift))。波源的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红/蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度。除非波源的速度非常接近光速，否则多普勒位移的程度一般都很小。所有波动现象 (包括光波) 都存在多普勒效应。

多普勒效应的发现
1842年德国一位名叫多普勒的数学家。一天，他正路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣，并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象。这就是频移现象。因为是多普勒首先提出来的，所以称为多普勒效应。

多普勒效应详解
多普勒效应指出，波在波源移向观察者时接收频率变高，而在波源远离观察者时接收频率变低。当观察者移动时也能得到同样的结论。但是由于缺少实验设备，多普勒当时没有用实验验证、几年后有人请一队小号手在平板车上演奏，再请训练有素的音乐家用耳朵来辨别音调的变化，以验证该效应。假设原有波源的波长为λ，波速为c，观察者移动速度为v：当观察者走近波源时观察到的波源频率为（v+c）/λ，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为（v-c）/λ。
一个常被使用的例子是火车的汽笛声，当火车接近观察者时,其汽鸣声会比平常更刺耳.你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有：警车的警报声和赛车的发动机声。
如果把声波视为有规律间隔发射的脉冲，可以想象若你每走一步，便发射了一个脉冲，那么在你之前的每一个脉冲都比你站立不动时更接近你自己。而在你后面的声源则比原来不动时远了一步。或者说,在你之前的脉冲频率比平常变高，而在你之后的脉冲频率比平常变低了。
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（Edwin Hubble）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。反之，如果天体正移向银河系，则光线会发生蓝移。
在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低，所以我们在移动通信中要充分考虑多普勒效应。当然，由于日常生活中，我们移动速度的局限，不可能会带来十分大的频率偏移，但是这不可否认地会给移动通信带来影响，为了避免这种影响造成我们通信中的问题，我们不得不在技术上加以各种考虑。也加大了移动通信的复杂性。
在单色的情况下，我们的眼睛感知的颜色可以解释为光波振动的频率，或者解释为，在1秒钟内电磁场所交替为变化的次数。在可见区域，这种效率越低，就越趋向于红色，频率越高的，就趋向于蓝色——紫色。比如，由氦——氖激光所产生的鲜红色对应的频率为4.74×10^14赫兹，而汞灯的紫色对应的频率则在7×10^14赫兹以上。这个原则同样适用于声波：声音的高低的感觉对应于声音对耳朵的鼓膜施加压力的振动频率（高频声音尖厉，低频声音低沉）。
如果波源是固定不动的，不动的接收者所接收的波的振动与波源发射的波的节奏相同：发射频率等于接收频率。如果波源相对于接收者来说是移动的，比如相互远离，那么情况就不一样了。相对于接收者来说，波源产生的两个波峰之间的距离拉长了，因此两上波峰到达接收者所用的时间也变长了。那么到达接收者时频率降低，所感知的颜色向红色移动（如果波源向接收者靠近，情况则相反）。为了让读者对这个效应的影响大小有个概念，在显示了多普勒频移，近似给出了一个正在远离的光源在相对速度变化时所接收到的频率。例如，在上面提到的氦——氖激光的红色谱线，当波源的速度相当于光速的一半时，接收到的频率由4.74×10^14赫兹下降到4.74×10^14赫兹，这个数值大幅度地降移到红外线的频段。

声波的多普勒效应
在日常生活中，我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火车经过某观察者时，他会发现火车汽笛的声调由高变低. 为什么会发生这种现象呢？这是因为声调的高低是由声波振动频率的不同决定的，如果频率高，声调听起来就高；反之声调听起来就低.这种现象称为多普勒效应，它是用发现者克里斯蒂安·多普勒的名字命名的，多普勒是奥地利物理学家和数学家.他于1842年首先发现了这种效应。为了理解这一现象，就需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播时的规律.其结果是声波的波长缩短，好像波被压缩了.因此，在一定时间间隔内传播的波数就增加了，这就是观察者为什么会感受到声调变高的原因；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，好像波被拉伸了。因此，声音听起来就显得低沉.定量分析得到f1=（u+v0）/（u-vs）f ，其中vs为波源相对于介质的速度，v0为观察者相对于介质的速度，f表示波源的固有频率，u表示波在静止介质中的传播速度. 当观察者朝波源运动时，v0取正号；当观察者背离波源（即顺着波源）运动时，v0取负号. 当波源朝观察者运动时vs前面取负号；前波源背离观察者运动时vs取正号. 从上式易知，当观察者与声源相互靠近时，f1＞f ；当观察者与声源相互远离时。f1＜f
设声源S，观察者L分别以速度Vs,Vl在静止的介质中沿同一直线同向运动，声源发出声波在介质中的传播速度为V，且Vs小于V，Vl小于V。当声源不动时，声源发现频率为f,波长为X的声波，观察者接受到的声波的频率为:f'=(V-Vl)V/[(V-Vs)X]=(V-Vl)f/(V-Vs)，所以得（1）当观察者和波源都不动时，Vs=0,Vl=0,由上式得f'=f；（2）当观察者不动，声源接近观察者时，观察者接受到的频率为F=Vf/(V-Vs) 显然此时频率大于原来的频率。由上面的式子可以得到多普勒效应的所有表现。

光波的多普勒效应
具有波动性的光也会出现这种效应，它又被称为多普勒-斐索效应. 因为法国物理学家斐索（1819~1896年）于1848年独立地对来自恒星的波长偏移做了解释，指出了利用这种效应测量恒星相对速度的办法.光波与声波的不同之处在于，光波频率的变化使人感觉到是颜色的变化. 如果恒星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动，称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向紫光方向移动，称为蓝移。

声波的多普勒效应的应用
声波的多普勒效应也可以用于医学的诊断，也就是我们平常说的彩超。彩超简单的说就是高清晰度的黑白Ｂ超再加上彩色多普勒，首先说说超声频移诊断法，即Ｄ超，此法应用多普勒效应原理，当声源与接收体（即探头和反射体）之间有相对运动时，回声的频率有所改变，此种频率的变化称之为频移，Ｄ超包括脉冲多普勒、连续多普勒和彩色多普勒血流图像。彩色多普勒超声一般是用自相关技术进行多普勒信号处理，把自相关技术获得的血流信号经彩色编码后实时地叠加在二维图像上，即形成彩色多普勒超声血流图像。由此可见，彩色多普勒超声（即彩超）既具有二维超声结构图像的优点，又同时提供了血流动力学的丰富信息，实际应用受到了广泛的重视和欢迎，在临床上被誉为“非创伤性血管造影”。
为了检查心脏、血管的运动状态，了解血液流动速度，可以通过发射超声来实现。由于血管内的血液是流动的物体，所以超声波振源与相对运动的血液间就产生多普勒效应。血管向着超声源运动时，反射波的波长被压缩，因而频率增加。血管离开声源运动时，反射波的波长变长，因而在单位时向里频率减少。反射波频率增加或减少的量，是与血液流运速度成正比，从而就可根据超声波的频移量，测定血液的流速。
我们知道血管内血流速度和血液流量，它对心血管的疾病诊断具有一定的价值，特别是对循环过程中供氧情况，闭锁能力，有无紊流，血管粥样硬化等均能提供有价值的诊断信息。
超声多普勒法诊断心脏过程是这样的：超声振荡器产生一种高频的等幅超声信号，激励发射换能器探头，产生连续不断的超声波，向人体心血管器官发射，当超声波束遇到运动的脏器和血管时，便产生多普勒效应，反射信号就为换能器所接受，就可以根据反射波与发射的频率差异求出血流速度，根据反射波以频率是增大还是减小判定血流方向。为了使探头容易对准被测血管，通常采用一种板形双叠片探头。
交通警向行进中的车辆发射频率已知的超声波同时测量反射波的频率，根据反射波的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监视器有时就装在路的上方，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。

回答3：

回答4：

多普勒效应及应用（四电老陈）

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