多普勒效应遇上了阻尼会出现什么情况

作者 听形

摘    摘要：本文通过列举3种不同形式的观察者，通过对火车及其它声音的观察，进一步了解多普勒效应遇到巨大阻尼时，出现的情况。

引    引言：先看多普勒效应的定义

1842年奥地利一位名叫多普勒的数学家、物理学家。一天，他正路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣，并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象。这就是频移现象。因为，声源相对于观测者在运动时，观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉，当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大，改变就越显著，后人把它称为“多普勒效应”。

看完多普勒效应定义后，我们来进一步探讨空气等各种阻力对声音传播的影响。看看多普勒效应遇上阻尼的时候会出现什么情况。

阻尼的物理释义是“阻尼是指阻碍物体的相对运动、并把运动能量转化为热能或其他可以耗散能量的一种作用。”也就是说，阻尼可以把声源发出的声音能量转化成热能或其他可以耗散能量，从而使得声音变得越来越弱。

正文：

本文拟定几个具体试验，当波源受到外界物体阻尼影响情况时，看看会出现什么情况呢。

一、      在火车站设一个位置固定的玻璃屋，观察者坐在玻璃屋内进行观察

1、    当玻璃屋敞开且玻璃较薄时，观察者观察到的情况与多普勒效应是一致的。

2、    当玻璃屋封闭且玻璃不断加厚的情况下，观察者听到的声音愈来愈小。当玻璃足够厚时，观察者听不到声音。此时，火车运行速度、发声的频率、进站出站，一切情况都没发生变化，可观察者听到的声音却变小了，甚至听不到声音。

小结：当观察者闭上眼睛，听到声音愈来愈小，他并不知道是玻璃变得愈来愈厚，还是火车已经远离而去。看来，在玻璃屋内观察者听到声音的大小，与火车的远近无关，与频率变化无关，是声音受到玻璃的阻尼才变小的。

二、      在火车站上设A、B两位观察者进行观察，

       1、A离得较近，B离得较远。A、B在同一时间内听到火车鸣笛的声音的大小是不同的，A听到声音大，B听到声音小。

      2、在同一时间内，A走近火车，B离远火车。A听到声音愈来愈大，B听到声音愈来愈小。

小结：火车鸣笛发出的频率是固有频率，火车司机听到的频率是不会变化的，它不会因为火车本身移动而发生改变。也不会因为火车站上A、B两人位置远近不同而发生改变；也不会因为A走近，B离远而改变；发出的频率未改变，接收的频率改变了吗？中央人民广播电台发射某一个频率639kHz（千赫）的节目，在上海和西安分别用收音机收听，都是调到该频率范围来，才能接收到信号，说明声源传播距离远、近不同，接受者并未改变接收频率。所以不论是发射和接收者，不论他们是否移动，都未改变频率。不同距离听到声音大小不同是声源受到阻尼的结果。

三、      在一个声源后面放置一个风扇，风扇具有吹风、抽风功能。观察者坐在声源数十米远的地方，面对声源不动。

1、  声源发出的声音保持不变，当风扇吹风时，观察者听到声音较不吹风的时候更大。

2、 声源发出的声音保持不变，当风扇抽风时，观察者听到声音变得愈来愈小。当抽风足够大时，观察者听不到声音。

小结：观察者听声源发出声音，在距离未发生变化，声源频率也未发生变化的情况下，观察者听到声音的大小发生了变化，这是受到空气流动阻尼所致。

结论：波源固定不变，不论波源是否移动，其发射频率是不会变化的，不同地方的接收者的接收的频率也是不会变化的。距离愈远，受到空气阻力也愈来愈大，空气分子和空气中的尘埃消耗其能量也愈来愈多，故声音愈来愈小；反之亦然。如果说是与距离有关，其本质也是距离中物质阻尼发生了变化，“距离”只是表象，距离内的空气、建筑、山体、隧道产生阻尼才是本质。距离发射源近的山洞内信号很弱，距离发射源远的山洞外信号反而更强，就是这个道理，这跟发射与接收的频率、移动速度毫无关系。

多普勒效应，实际上是个相对论问题，是发生在我们身边的相对论问题，就是声源与听者之间的相对论问题，不同的观察者，不同的相对速度，站在不同角度，以为对方是发生了变化，其实对方没有发生变化，但站在自己的角度，听到的又确实发生了变化，这就是相对论问题。当遇到巨大的阻尼的时候，多普勒效应并不适宜。

四、      研究宇宙学，根据多普勒红移来确定星系的远近，同时也要考虑阻尼。

当下，在研究宇宙学方面，一个主流的说法是，我们依据多普勒效应观察星系，都出现红移现象，根据红移现象，得出结论是所有的星球都离我们愈来愈远去。但我想说的是，根据多普勒红移来确定星系的远近，是要将阻尼因素考虑进去的。

我们先来探究“红月亮”现象，出现“红月亮”现象是因为发生了月全食，地球挡住了太阳的光辉，只有部分太阳光线经过大气层的折射到月亮上，这时候月亮成红色，但这不能称为月球的红移现象，因为月亮并没有离地球远去。

红月亮现象

其次，我们来探究日食现象。我们观察日食，看到的“贝利珠”景象的时候，太阳外圈呈红色，但这不能称为太阳红移现象，太阳并没有离地球远去。

贝利珠现象

再次，来看发生日偏食的时候，太阳也呈红色，

日偏食现象

月全食之“红月亮”现象，日食之“贝利珠”太阳外圈呈红色现象，日偏食太阳呈红色现象，都出现了红色，具体图片大家可以搜索百度。不能说月亮、太阳产生了红移，月亮和太阳并没有远离地球而去。

对于观察宇宙太空中遥远的星系，看到这些星系成红色，也不能够仅仅凭这一点来断定所有的星系都远离我们而去，因为太空中存在大量的星球、小行星、星云、尘埃及各种各样的物质、暗物质，对光线进行遮挡，而且各种星球光线的反射、折射等因素，会造成遥远的星系呈红色现象，但它们并不一定是远离我们地球而去。