当两列火车错车时,当两列火车接近时,音调变高；当两列火车远离时,音调变低.这是为什么呢?有关声学规律

Question

当两列火车错车时,当两列火车接近时,音调变高；当两列火车远离时,音调变低.这是为什么呢?
有关声学规律

Answer 1

　　这是由于多普勒效应
　　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（c+v）/λ,如果观察者远离波源,则观察到的波源频率为（c-v）/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.
　　产生原因：声源完成一次全振动,向外发出一个波长的波,频率表示单位时间内完成的全振动的次数,因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数,而观察者听到的声音的音调,是由观察者接受到的频率,即单位时间接收到的完全波的个数决定的.当波源和观察者有相对运动时,观察者接收到的频率会改变．在单位时间内,观察者接收到的完全波的个数增多,即接收到的频率增大．同样的道理,当观察者远离波源,观察者在单位时间内接收到的完全波的个数减少,即接收到的频率减小．