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第27章 什么是多普勒效应?

那么,汽笛的声音到底是持续不断,还是在一直变化的呢?司机和行人谁才是正确的?

事实上,两者都是。你能听到什么声音取决于你站在什么地方上。多普勒效应制造了这种不同。

我们感觉到的声音其实就是穿过物体的波。汽笛使空气中的气体分子振动,声波穿过空气,就如同海面上涌动的波浪一样。气体分子时而分散开来,时而聚成一团。

波聚集得越近,声调就越高,声音的频率越高。波分散远去的时候,声调就会变低。

当救护车开到我们面前的时候,声波被挤在一起。因为这些波被压缩了,所以我们听到的声音就会比较高。但车子驶过,波得到延伸,我们听到的声音就比较低了。

不过在救护车里面,司机一直是和汽笛一起移动的,所以在他听来声调并没有任何变化。观察者听到的音频根据他本身和声源的相对运动而产生变化。

除声波外,多普勒效应同时作用在其他波中,比如光波。如果取代汽笛声,救护车前后都闪烁着黄色灯的话,那么光的频率同样会在救护车开近和离远时发生改变。

车按照一般的速度行驶,我们感觉不到太大的变化。但如果救护车可以达到光速的话——每秒186,000英里,我们就能发现一个惊人的变化。

司机会看到稳定的黄色灯光一直在他眼前闪烁。随着救护车接近,光波被压缩,路上的行人可以看到光从黄色变成了高频率的蓝色。当救护车开过,光波则被拉长,灯光从蓝色又变回了黄色。最后,行人瞥到的灯光是一个低频率的红色小点,渐渐地消失在地平线那一端。

小趣闻

频率是每秒钟波峰穿过的任意点的数量。频率越高,音调就越高,灯光就越蓝。

流动型火箭引擎环绕着地球,高高地穿梭在太空之间。其他火箭将人造卫星和航天探测器升到空中。提起火箭,我们就会想到宇宙飞行。

但是在生日宴会上,我们的房间里同样有火箭在环绕。气球其实就能成为火箭的一种。想知道为什么吗?把气球吹起来,捏住入口先别让空气跑出去。然后放开它,气球就会被射出的空气向前推,喷着气在屋子里飞行。

还有一个简单的例子:想象一辆有轨电车,车的尾部安着一架机关枪。(这里,我们假设车轮和让它慢下来的轨道之间没有摩擦力。)

机关枪每发射一次子弹,车都向前移动一点。当枪接二连三地射出一连串子弹时,车就会开始加速。从车的尾部喷出的子弹促使车前进。这种力叫做驱动力,就是它让火箭在地球或太空中运行的。每当有物质从物体中冲出来,物体向相反方向运动的时候,就是一种“火箭”。

要想把物体升到太空中,工程师们必须设计出强大的火箭发动机。他们把宇宙运转的原理作为设计基础,而最早将其细节化的是英国伟大的科学家牛顿。牛顿的万有引力定律告诉我们当物体运动时会发生什么情况。牛顿的第二和第三定律尤其适用于理解火箭的原理。

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