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請教一個(gè)多普勒效應(yīng)的問題 |
| 作者：xwj 欄目：單片機(jī) |
| 2樓： | >>參與討論 |
| 作者： Analog921 于 2007/3/5 19:33:00 發(fā)布：
xwj 我主要是將我的測速裝置固定，然后測試火車的速度，不知道300多M的頻率誤差到底有多大，請問XWJ有公式算嗎？？謝謝~~ |
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| 3樓： | >>參與討論 |
| 作者： xwj 于 2007/3/5 22:36:00 發(fā)布：
唉，你根本連多普勒效應(yīng)時(shí)怎么回事都不清楚，怎么會明白？ 簡單點(diǎn)吧： 若波源與觀察者或兩者同時(shí)相對于介質(zhì)在運(yùn)動，觀察者接收到的頻率不同于波源頻率，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。 為什么會這樣呢？？？ 多普勒效應(yīng) 不知你是否注意過這樣的現(xiàn)象，當(dāng)一輛汽車響著喇叭從你身邊疾駛而過時(shí)，喇叭的音調(diào)會由高變低，好像汽車駛來的時(shí)候唱著音符“i”，離開的時(shí)候就唱音符“7”了．1842年，奧地利物理學(xué)家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步時(shí)就注意到了類似的現(xiàn)象，他經(jīng)過認(rèn)真的研究，發(fā)現(xiàn)波源和觀察者互相靠近或者互相遠(yuǎn)離時(shí)，觀察到的波的頻率都會發(fā)生變化，并且做出了解釋．人們把這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)．  為了了解多普勒效應(yīng)，可以做這樣一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)．讓一隊(duì)人沿街行走，觀察者站在街旁不動，每秒有9個(gè)人從他身邊通過（下圖上）．這種情況下的“過人頻率”是9人/秒．如果觀察者逆著隊(duì)伍行走，每秒和觀察者相遇的人數(shù)增加，也就是頻率增加（下圖中）；反之，如果觀察者順著隊(duì)伍行走，頻率降低（下圖下）．  對于聲波和其他波動，情況相似：當(dāng)波源和觀察者相對靜止時(shí)，1s內(nèi)通過觀察者的波峰（或密部）的數(shù)目是一定的，觀察到的頻率等于波源振動的頻率；當(dāng)波源和觀察者相向運(yùn)動時(shí)，1S內(nèi)通過觀察者的波峰（或密部）的數(shù)目增加，觀察到的頻率增加；反之，當(dāng)波源和觀察者互相遠(yuǎn)離時(shí)，觀察到的頻率變小． 在日常生活中，我們都會有這種經(jīng)驗(yàn)：當(dāng)一列鳴著汽笛的火車經(jīng)過某觀察者時(shí)，他會發(fā)現(xiàn)火車汽笛的聲調(diào)由高 變低. 為什么會發(fā)生這種現(xiàn)象呢？這是因?yàn)槁曊{(diào)的高低是由聲波振動頻率的不同決定的，如果頻率高，聲調(diào)聽起來 就高；反之聲調(diào)聽起來就低.這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)，它是用發(fā)現(xiàn)者克里斯蒂安·多普勒（Christian Doppler,1803-1853）的名字命名的，多普勒是奧地利物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家.他于1842年首先發(fā)現(xiàn)了這種效應(yīng).為了理 解這一現(xiàn)象，就需要考察火車以恒定速度駛近時(shí)，汽笛發(fā)出的聲波在傳播時(shí)的規(guī)律.其結(jié)果是聲波的波長縮短，好象 波被壓縮了.因此，在一定時(shí)間間隔內(nèi)傳播的波數(shù)就增加了，這就是觀察者為什么會感受到聲調(diào)變高的原因；相反， 當(dāng)火車駛向遠(yuǎn)方時(shí)，聲波的波長變大，好象波被拉伸了. 因此，聲音聽起來就顯得低沉.定量分析得到 f1=（u+v0）/（u-vs）f ， 其中vs為波源相對于介質(zhì)的速度，v0為觀察者相對于介質(zhì)的速度，f表示波源的固有頻率，u表示波 在靜止介質(zhì)中的傳播速度. 當(dāng)觀察者朝波源運(yùn)動時(shí)，v0取正號；當(dāng)觀察者背離波源（即順著波源）運(yùn)動時(shí)，v0取負(fù) 號. 當(dāng)波源朝觀察者運(yùn)動時(shí)vs前面取負(fù)號；前波源背離觀察者運(yùn)動時(shí)vs取正號. 從上式易知，當(dāng)觀察者與聲源相互 靠近時(shí)，f1＞f ；當(dāng)觀察者與聲源相互遠(yuǎn)離時(shí)。f2＜f 故測出 f1和f2的差值 或 f1(f2)與f的差值 即可求出波源的速度 對于多普勒測速，發(fā)送一串波（基準(zhǔn)頻率f），再測出返回波的頻率（頻率f1或f2），再知道波速，即可根據(jù)Δf求出被測物的速度了 電磁波的速度為30萬公里每秒（300000000米/秒(3E8米/秒))，我們假設(shè)待測火車速度100公里/小時(shí)（27.777米/秒），正在靠近，那么1秒鐘后它離你的距離減小了27.777米。對于315MHz信號，這一秒鐘距離內(nèi)（30萬公里）有315M(3.15E8)個(gè)波，波長為3E8/3.15E8米（＝1/1.05米） 波長變化為27.777/315000000 (27.777/3.15E8)，頻率變化率為 （波長變化量）/（波長） ＝(27.777/3.15E8) / (3E8/3.15E8) = (27.777) / (3E8) 頻率變化為頻率變化率×基準(zhǔn)頻率= ((27.777) / (3E8)) * (3.15E8) =27.777 / (1/1.05) =29.1HZ 我們可以看出這個(gè)頻率變化量時(shí)多么的小，用315MHz以上的頻率計(jì)以1Hz分辨率計(jì)數(shù)的話分辨率為100/29.1＝3.43公里/小時(shí) 誤差是多么的大��； 而換成10G的頻率源時(shí)， 頻率變化為頻率變化率×基準(zhǔn)頻率= ((27.777) / (3E8)) * (1E10) =27.777 / (3/100) =925.9HZ 用10G以上的頻率計(jì)以1Hz分辨率計(jì)數(shù)的話分辨率為100/925.9＝0.108公里/小時(shí) 分辨率就顯著提高了 |
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| 4樓： | >>參與討論 |
| 作者： xwj 于 2007/3/5 22:43:00 發(fā)布：
由于電磁波、光波的速度太快，我們可以看到 移動引起的頻率變化率是多么的�。� 但這卻又是真正測的準(zhǔn)的科學(xué)方法哦 |
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| 5樓： | >>參與討論 |
| 作者： 平常人 于 2007/3/5 22:47:00 發(fā)布：
xwj，你太有才了！ |
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| 6樓： | >>參與討論 |
| 作者： xwj 于 2007/3/5 22:49:00 發(fā)布：
宇宙的誕生——多普勒效應(yīng)在天文學(xué)上的應(yīng)用 宇宙的誕生 ——多普勒效應(yīng)在天文學(xué)上的應(yīng)用 太陽的情況是怎樣的呢？放射性及有關(guān)原子核方面的發(fā)現(xiàn)，引出了一個(gè)新的能源，比我們以前知道的任何能源都大得多．1903年，英國物理學(xué)家愛丁頓經(jīng)過一系列的思考后提出，太陽中心的溫度和壓力一定非常高：溫度可高達(dá)1500萬度．在這樣的溫度和壓力下，原子核可以進(jìn)行在溫和的地球上無法進(jìn)行的反應(yīng)．人們知道，太陽主要是由氫構(gòu)成的．若4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦原子，這些氫核就會釋放出大量的能量． 1938年，德國出生的美國物理學(xué)家貝特提出，在像太陽一類的恒星中心，將氫結(jié)合成氦有兩種可能的方式：一種是直接由氫轉(zhuǎn)換成氦；另一種則以碳原子作為中間媒介．在恒星中，這兩種反應(yīng)都可能發(fā)生；而在我們的太陽中，直接將氫轉(zhuǎn)換成氦似乎是主要的機(jī)制．（愛因斯坦在1905年提出的狹義相對論中已經(jīng)證明，質(zhì)量和能量是同一事物的兩個(gè)不同的方面，可以相互轉(zhuǎn)化；而且還證明，少量的質(zhì)量轉(zhuǎn)化能夠釋放出巨大的能量．）  圖：衛(wèi)星拍攝太陽照片 太陽輻射能量的速率要求太陽每秒減少420萬噸的質(zhì)量． 乍看之下，這個(gè)損失似乎大得嚇人，但太陽的總質(zhì)量為22 000 000000 000 000 000億噸， 因此每秒只損失其質(zhì)量的 0.0 000 000000 000 000 002‰． 如果太陽真的像科學(xué)家們現(xiàn)在認(rèn)為的那樣已經(jīng)存在了50億年，而且一直按現(xiàn)在的速率輻射能量的話，它也只是損耗了其質(zhì)量的1/33000而已． 由此不難看出，在今后的幾十億年內(nèi)，太陽還能繼續(xù)按照目前的速率輻射能量． 到了1940年，人們認(rèn)為，整個(gè)太陽系的年齡約為50億年看來是合理的．有關(guān)宇宙年齡的全部問題大概可以解決了，但是天文學(xué)家們又陷入了新的困境．現(xiàn)在整個(gè)宇宙的年齡顯得太年輕了， 因而無法解釋太陽系的年齡．這個(gè)麻煩是由天文學(xué)家對遠(yuǎn)星系的探測和奧地利天文學(xué)家多普勒1842年首先發(fā)現(xiàn)的一種現(xiàn)象引起的．大家都非常熟悉多普勒效應(yīng)，最常見的實(shí)例就是火車通過時(shí)的汽笛聲：當(dāng)火車接近時(shí)笛聲音調(diào)升高；而當(dāng)火車遠(yuǎn)離時(shí)音調(diào)降低．音調(diào)的變化就是因?yàn)槁曉吹倪\(yùn)動使每秒鐘撞擊在耳膜上的聲波數(shù)目改變了． 正如多普勒所指出的，多普勒效應(yīng)不僅適用于聲波，也適用于光波．當(dāng)運(yùn)動著的光源的光波到達(dá)眼睛時(shí)，如果光源移動得夠快的話，頻率會發(fā)生移動，就是說，顏色會發(fā)生改變．譬如說，假若光源向著我們運(yùn)動，每秒鐘就會有較多的光波擠進(jìn)我們的眼睛，我們所看到的光就會向可見光譜的高頻端（即紫端）偏移；反之，如果光源遠(yuǎn)離我們而去，每秒鐘到達(dá)的光波就較少，于是光就會向可見光譜的低頻端（即紅端）偏移． 天文學(xué)家對恒星的光譜進(jìn)行了長期的研究，因此非常熟悉正常的光譜圖．這種光譜圖或是在黑暗背景上的亮線圖樣，或是在明亮背景上的暗線圖樣．亮線或暗線表示原子在某些波長（或顏色）上對光線的發(fā)射或吸收．通過測量正常光譜線朝可見光譜紅端或紫端的位移，天文學(xué)家能夠計(jì)算出恒星移向我們或遠(yuǎn)離我們的速度，即視向速度． 1848年，法國物理學(xué)家斐索指出，注意光譜線的位置能夠取得觀測光的多普勒效應(yīng)的最佳效果．因此，人們把光的多普勒效應(yīng)稱為多普勒－斐索效應(yīng)（下圖）．  多普勒－斐索效應(yīng)．當(dāng)光源靠近時(shí)，光譜線會移向紫端（左邊）；而當(dāng)光源遠(yuǎn)離時(shí)，光譜線則移向紅端（右邊） 多普勒一斐索效應(yīng)已經(jīng)應(yīng)用在各個(gè)不同的方面．在我們的太陽系內(nèi)，它可以用來以一種新的方式證實(shí)太陽的自轉(zhuǎn)．在太陽自轉(zhuǎn)的過程中，太陽正在轉(zhuǎn)向我們的邊緣所發(fā)出的光譜線會向紫端偏移（紫移）．而另一邊緣則顯示出紅移，因?yàn)檫@一邊緣正在遠(yuǎn)離我們而去． 誠然，太陽黑子的運(yùn)動是探測太陽自轉(zhuǎn)的更好而且更明顯的方法（已由此得知，太陽相對于恒星的自轉(zhuǎn)周期大約是26天）．不過，多普勒效應(yīng)可以用來測定沒有特征的天體的自轉(zhuǎn)，如土星環(huán)． 多普勒－斐索效應(yīng)可以用于任何距離的天體，只要能使那些天體產(chǎn)生出可供研究的光譜．因此，它最突出的成果是在恒星的研究方面． 1868年，英國天文學(xué)家W.哈金斯測量了天狼星的視向速度，并宣布它正在以每秒47公里（29英里）的速度遠(yuǎn)離我們而去．（現(xiàn)在我們已有更精確的數(shù)字，但他第一次就能做到這種地步，已經(jīng)是相當(dāng)精確了．）到1890年，美國天文學(xué)家J.E.惠勒使用更精確的儀器，取得大量可靠的數(shù)據(jù)．例如，他指出，大角星正在以每秒6公里（3.75英里）的速度接近我們． 多普勒－斐索效應(yīng)甚至能夠用來確定望遠(yuǎn)鏡無法分辨的恒星系統(tǒng)是否存在．例如1782年，英國天文學(xué)家古德里克（他是一個(gè)聾啞人，死時(shí)才22歲．他雖然身體殘廢，卻是一個(gè)第一流的天才）研究了大陵五，發(fā)現(xiàn)它的亮度有規(guī)律地增強(qiáng)和減弱．古德里克對這種現(xiàn)象的解釋是，假設(shè)有一顆暗伴星圍繞著大陵五運(yùn)行，周期性地從它前面經(jīng)過，從而掩食了它，使它的光線變暗． 過了一個(gè)世紀(jì)，這個(gè)似乎可能的假說才得到另一個(gè)證據(jù)的支持．1889年，德國天文學(xué)家沃格爾指出，大陵五的光譜線交替發(fā)生紅移和紫移，并且和它的明暗變化相吻合．一開始大陵五遠(yuǎn)離我們，而暗伴星朝我們靠近；然后大陵五朝我們靠近，而暗伴星遠(yuǎn)離我們．大陵五被看成是一顆食雙星． 1890年，沃格爾發(fā)現(xiàn)了一種類似而且更普遍的現(xiàn)象．他發(fā)現(xiàn)，有些恒星是既前進(jìn)又后退，就是說，光譜線同時(shí)顯示紅移和紫移，就像雙重線一樣．沃格爾的結(jié)論是，這種星是一種食雙星，兩顆子星（都是亮星）靠得非常近，甚至用最好的望遠(yuǎn)鏡看上去還是像一顆單獨(dú)的星．這類雙星叫做分光雙星． 不過，我們沒有必要把多普勒－斐索效應(yīng)局限在我們銀河系的恒星上，銀河以外的天體也可以用這種方法來研究．1912年，美國天文學(xué)家斯里弗在測量仙女座星系的視向速度時(shí)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)星系正在以大約每秒200公里（125英里）的速度朝我們運(yùn)行．可是，當(dāng)他繼續(xù)觀測其他星系時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們中大部分都在遠(yuǎn)離我們而去．1914年，斯里弗獲得15個(gè)星系的數(shù)據(jù)，其中有13個(gè)都在以每秒數(shù)百公里的速度急速退行． 隨著對這些線索的繼續(xù)研究，情況變得更加明朗了．除了幾個(gè)最近的星系外，所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去．而且，隨著技術(shù)的進(jìn)步，使人們能夠探測到更暗而且可能是更遠(yuǎn)的星系，觀察到的紅移也進(jìn)一步增加了． 1929年，在威爾遜山天文臺的哈勃提出，這些星系的退行速度在有規(guī)律地增加，一個(gè)星系的退行速度與其距離成正比．如果星系A(chǔ)遠(yuǎn)離我們的距離是星系B的2倍，那么星系A(chǔ)的退行速度就是星系B的2倍．這個(gè)規(guī)律有時(shí)叫做哈勃定律． 后來的觀測確實(shí)進(jìn)一步證實(shí)了哈勃定律．1929年初，在威爾遜山的哈馬遜使用254厘米（100英寸）望遠(yuǎn)鏡獲得更加暗弱的一些星系的光譜． 他所能觀測到的最遠(yuǎn)的星系在以每秒40000公里（25000英里）的速度退行． 508厘米（200英寸）望遠(yuǎn)鏡開始啟用后，可以觀測到的星系更為遙遠(yuǎn)；到20世紀(jì)60年代，可以觀測到的星系竟如此遙遠(yuǎn)，退行速度高達(dá)每秒24萬公里（15萬英里）． 為什么會這樣呢？設(shè)想一個(gè)表面涂滿小點(diǎn)的氣球，當(dāng)氣球膨脹時(shí)，小點(diǎn)便各自遠(yuǎn)離．假若有個(gè)小人站在任意一點(diǎn)上，在他看來，其他所有的點(diǎn)似乎都遠(yuǎn)離他而去，而且離他越遠(yuǎn)的點(diǎn)遠(yuǎn)離得越快．不論他站在哪一個(gè)點(diǎn)上，效果都會是一樣的． 星系的行為使人們覺得宇宙仿佛正在膨脹，就像膨脹著的氣球一樣．天文學(xué)家現(xiàn)在大都承認(rèn)了這一膨脹的事實(shí)，而且對愛因斯坦廣義相對論中“場方程”的解釋，能夠與膨脹宇宙相符合． |
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| 7樓： | >>參與討論 |
| 作者： martial 于 2007/3/6 8:56:00 發(fā)布：
想說你沒才都不行了！！搬個(gè)板凳學(xué)習(xí) |
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| 8樓： | >>參與討論 |
| 作者： aihe 于 2007/3/6 9:57:00 發(fā)布：
xwj簡直是一本百科全書 我們有句話叫萬寶全書缺只角，不知道哪里是他的罩門！ |
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| 9樓： | >>參與討論 |
| 作者： Analog921 于 2007/3/6 13:05:00 發(fā)布：
x謝謝~~ 學(xué)習(xí)中~~~ |
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| 10樓： | >>參與討論 |
| 作者： allen2006 于 2007/3/6 17:41:00 發(fā)布：
哎，水平有限，看不懂！ |
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| 11樓： | >>參與討論 |
| 作者： happystar 于 2007/3/6 19:30:00 發(fā)布：
太有才了。而且還這么的熱心，佩服 |
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| 12樓： | >>參與討論 |
| 作者： wayner 于 2007/3/6 21:33:00 發(fā)布：
很好的資料！不過看來似懂非懂 前一段時(shí)間，好象看到有人介紹用CD光盤自制看太陽、日光燈的光譜。也很不錯(cuò)，要是能做一個(gè)給小孩玩玩那該多好！可惜找不到那資料了。 |
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| 13樓： | >>參與討論 |
| 作者： cds_666 于 2007/3/10 18:36:00 發(fā)布：
新的高二物理書就有講多普勒效應(yīng) |
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