为什么火车开近时,汽笛声是尖的,开远后就变成了低音?

Question

为什么火车开近时,汽笛声是尖的,开远后就变成了低音?

Answer 1

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（Christian
Doppler,1803-1853）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,好象
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,好象波被拉伸了.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