多普勒效应

多普勒效应或多普勒频移是相对于相对于波源移动的观察者的波频率变化。 它以奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒的名字命名，他在 1842 年描述了这种现象。

多普勒频移的一个常见示例是当车辆鸣喇叭接近和远离观察者时听到的音调变化。 与发射频率相比，接收频率在接近时较高，经过时相同，而在后退时较低。

多普勒效应的原因是当波源向观察者移动时，每个连续的波峰都是从比前一个波峰更靠近观察者的位置发出的。 因此，与前一波相比，每一波到达观察者所需的时间略少。 因此，连续波峰到达观察者之间的时间缩短，导致频率增加。 当它们行进时，连续的波前之间的距离减小，因此波聚在一起。 相反，如果波源远离观察者，则每个波都会从比前一个波离观察者更远的位置发射，因此连续波之间的到达时间会增加，从而降低频率。 连续的波阵面之间的距离随后增加，因此波传播开来。

对于在介质中传播的波，例如声波，观察者和源的速度是相对于波在其中传播的介质的。 因此，总的多普勒效应可能是由源的运动、观察者的运动或介质的运动引起的。 这些影响中的每一个都被单独分析。 对于不需要介质的波，如电磁波或引力波，只需要考虑观察者和源之间的相对速度差。 当这个相对速度与光速相比不可忽略时，就会出现更复杂的相对论多普勒效应。

在经典物理学中，源和接收器相对于介质的速度低于介质中的波速，

c {\displaystyle c} 是波在介质中的传播速度；

• v r {\displaystyle v_{\text{r}}} 是接收器相对于介质的速度，如果接收器向源移动则加到 c {\displaystyle c} ，如果 接收器正在远离源；
• v s {\displaystyle v_{\text{s}}} 是源相对于介质的速度，如果源远离接收器则加到 c {\displaystyle c} 上，如果 源正在向接收器移动。

请注意，此关系预测如果源或接收器中的任何一个远离另一个，频率将会降低。

• v w r 是波相对于接收器的速度；
• v w s  是波相对于源的速度；
• λ  是波长。

如果源以一定角度（但仍以恒定速度）接近观察者，则首先听到的观察到的频率高于物体发射的频率。 此后，观察到的频率随着它越来越接近观察者而单调减少，当它来自垂直于相对运动的方向时通过相等（并且在最接近的点发射;但是当波被接收时）。