声波和多普勒频移

声波的传播，它定期压缩和圆滑 （展开） 空气分子在任何一个位置。由于压力与密度之间的关系是依赖于温度，声音穿过空气的速度也是依赖于温度，定义为:

（方程 1）

摄氏度 （° C） 和第五的空气温度T_C在哪里是声波测量米每秒 (m/s) 的速度。经典，波的速度被定义为:

（公式 2）

凡λ是波长 (m)，或压力波和f之间的距离是频率 （赫兹） 或每单位时间波数目。方程 1是一种估计为空气处于停滞状态;如果声波的介质出差旅行，声音的速度将取决于运动的方向改变。例如，声波朝着相反方向的强风很可能会以风的速度降低其速度。在这个实验中，这种影响是可以忽略不计。

当声音的来源变化速度或方向和介质是一般处于停顿状态，有的声波速度没有变化。然而，观察者可能会听到虚假增加或减少频率，由于多普勒效应。当波源靠近观察者，在靠近的位置发出海浪。他们仍然发出相同的频率，但由于它们的相对位置当源移动他们到达观测绑在了一起，看似在更高的频率。按照同样的逻辑，当源远离观察者，观察者听到在较低频率的声音。最简单的方法来理解这种效应是想象一辆警车与警笛开往行人: 它驶向行人、 以及对行人的频率出现来获得更高和高，直到最后的车经过的行人，行人开始听到频率随车开走。观察到的频率f与发射的频率f₀之间的关系是由定义的:

c 是声波在空气中的速度， v_r是接收机相对于介质的速度和 （如果接收器处于静息状态 = 0），和v_s是源相对于介质的速度。

在此实验中，我们将计算使用不同的频率和波长，声音的速度，并比较那速度的理论速度。我们也将观察上发出的音叉的频率的多普勒效应。

房间温度: 20 ° C

预期速度: v = 331.4 + 0.6(20) = 343.4 m/s

频率	初始阶段的距离	最后阶段的距离	波长	计算的速度	错误 %
5 千赫	27.4 厘米	34.3 厘米	6.90 厘米	345 米/秒	0.5%
8 千赫	25.5 厘米	29.75 厘米	4.25 厘米	340 米/秒	1.0%
3 千赫	22.8 厘米	34.2 厘米	11.40 厘米	342 m/s	0.4%

使用方程 2，到一个相当精确的值，就可以计算出声音的速度。例如，对于第一次的频率， f = 5 千赫 = 5000 赫兹和λ = 6.90 厘米 = 0.069 m，那么速度 =可以= x 0.069 5,000 = 345 米/秒。要确定预期的速度与速观测的值之间的误差，我们雇用以下内容:

多普勒效应将明显通过摇摆的音叉或任何其他声音的发光物体。当音叉摆动走向麦克风，声波得到捆绑在一起，产生一个更高的频率，通过群聚声波在示波器上可见一斑。如叉波动消失，海浪成为更分散开来，在示波器波也是如此。

在这个实验中，声音的波动性质定义和探索。具体而言，确诊了声波频率、 波长和速度之间的关系。音叉旨在发出只有一个频率，使他们最佳的设备表现出多普勒效应。分别搭音叉接近，进一步观察，从频率出现较高和较低。多普勒效应和方程 2可以扩大到其他波形式，如光。

作为人类，我们使用声波沟通每一天。然而，这些形式的通信之一真正代表怎样我们的物种首先利用物理学的声音: 音乐，特别是文书需要呼吸。开放式空气柱仪器，像喇叭，低音号或长笛，包括括有时弯曲的空心管内空气柱。当空气推入仪器，振动导致发生时内压力波，从管的内部反射。然而，只有压力波的某些波长和频率与反映在这种波从而创建站压力波的他们开始干扰事件的方式。每个乐器有一整套的固有频率，它振动，或产生共鸣。这些被称为谐波和各次谐波都与定义由其终结点、 波长和频率的特定驻波模式相关联。在长笛，可以沿着长笛的减少有效长度的边界，因此减少波长和频率越来越开孔。在小号，阀门使航空旅行通过喇叭的大小不同，波长和频率的变化结果再次造成的不同部分。

引人注目的多普勒效应的应用是多普勒天气雷达，气象学家用于读取天气事件。通常情况下，发射机发射无线电波在特定的频率，朝着天空从一个气象站。无线电波弹跳的云、 降水，然后回到气象站。波反射回车站的频率出现减少如果云或降水移动站，而无线电频率似乎如果大气对象也正朝着车站增加。这项技术也可以用于确定风速和方向。

多普勒效应还在医学物理学的应用。多普勒超声心动图，在某一频率的声波输送到心脏和反映移动通过心脏和血管的血液细胞。类似于多普勒天气雷达，心脏病学家可以理解在收到后反射的频率偏移导致心脏血流方向与速度。这可以帮助他们确定阻塞的心脏地区。