为什么火车开近时汽笛声尖锐而远离时低沉

1842年的一天，奥地利物理学家多普勒在路过铁路道口时，有一列火车拉响汽笛从他身边呼啸而过，他注意到了一个有趣的现象：尽管汽笛发出声音的频率是固定的，但当火车开来时他听到的汽笛声较尖锐，而火车离去时听到的汽笛声又变得低沉。这种因声源与观察者之间存在相对运动而导致观测者所听到声音频率不同于声源频率的现象，被称为多普勒效应或频移现象。

火车开近

多普勒效应很容易理解。当火车静止时，它与月台上旅客之间没有相对运动，旅客听到的汽笛声就是汽笛本身发出的音调。当火车开来时，前方的声波受到挤压，波长变短，导致频率变高，旅客所听到的汽笛声就会变得尖锐；火车开走时后方的声波运行空间增大，波长变长，导致频率降低，旅客听到的汽笛声的音调会变得低沉。声源相对观察者的运动速度越快，音调的变化就越显著。通常将物体运动的速度与声速之比称为马赫数，它是决定多普勒效应强弱的一个重要参数。马赫数越大，多普勒效应越显著。当物体运动速度等于声速时，在运动物体到达观测者之前，观测者已经无法听到物体所发出的声音。超声波和光（电磁波）也会有多普勒效应。

多普勒效应示意图

多普勒效应在不同场合有许多应用，多普勒测速仪就是其中一种。高速公路上装有带多普勒测速仪的监视器，测速仪在向行驶中的车辆发射已知频率超声波的同时，测量出反射波的频率，根据反射波频率的变化值就能准确知道车辆行驶的速度。如果司机在高速公路上超速行车而收到罚单，也就说明他经历了一次基于多普勒效应的精确测速。

多普勒效应检查血液流速

医生为了检查心脏和血管内血液的流动速度，也可以利用超声波振源与运动血液间产生的多普勒效应。当血管向着超声源运动时，反射波的波长被压缩，导致频率增高；当血管离开超声源运动时，反射波的波长变长，导致频率降低，根据所接收到超声波的频移量，就可以测定血液的流速。（朱克勤）

【科学人】马赫

马赫（1838—1916）是奥地利物理学家、生物学家、心理学家、哲学家，发表过100多篇关于力学、声学和光学的研究论文和报告。

他首先用仪器成功地演示多普勒效应，发现了物体在超过声速运动时出现激波。马赫数、马赫波、马赫角等这些以马赫命名的术语，在空气动力学中广泛使用，也是马赫对力学的重大贡献。