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多普勒效应频率计算公式的推导?

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多普勒效应频率的计算公式推导如下:

基本假设

声源 $S$ 和观察者 $L$ 分别以速度 $V_s$ 和 $V_l$ 在静止的介质中沿同一直线同向运动。

声源发出的声波在介质中的传播速度为 $V$,且 $V_s < V < V_l$。

当声源不动时,声源发射频率为 $f$,波长为 $\lambda$ 的声波。

公式推导

当声源和观察者都不动时,$V_s = 0$,$V_l = 0$,由公式 $f' = \frac{(V + V_l)V}{(V - V_s)\lambda} = \frac{Vf}{V} = f$,得到 $f' = f$。

当观察者不动,声源接近观察者时,观察者接收到的频率为 $f' = \frac{Vf}{V - V_s}$,显然此时频率大于原来的频率。

相对运动公式

对于接收者和发射者之间的相对运动,可以使用公式 $f' = f \left(1 - \frac{v}{c}\right)$,其中 $f'$ 表示接收到的频率,$f$ 表示发射频率,$v$ 表示相对速度,$c$ 表示光速。

同样地,可以使用公式 $\lambda' = \lambda \left(1 + \frac{v}{c}\right)$ 计算接收到的波长。

多普勒位移

多普勒位移 $\Delta \lambda = \frac{v}{c} \lambda$,其中 $\Delta \lambda$ 表示多普勒位移,$v$ 表示放射源的移动速度,$c$ 表示光速,$\lambda$ 表示放射源发射的光的波长。

频率变化公式

频率变化 $\Delta f / f = \frac{v}{c}$,其中 $\Delta f / f$ 表示频率变化后与原频率之比。

波长变化公式

波长变化 $\Delta \lambda / \lambda = -\frac{v}{c}$,其中 $\Delta \lambda / \lambda$ 表示波长变化后与原波长之比。

综上所述,多普勒效应频率的计算公式为:

$$f' = f \left(1 - \frac{v}{c}\right)$$

其中:

$f'$ 是观察者接收到的频率。

$f$ 是声源发射的频率。

$v$ 是声源和观察者之间的相对速度。

$c$ 是声波在介质中的传播速度。

这个公式可以帮助我们理解当声源和观察者之间有相对运动时,观察者接收到的声波频率如何变化。