水虫的运动与多普勒效应

水虫的运动与多普勒效应

在陆地和积雪上行走的动物，留下了它的脚印和它所走的路径;而在水面上行走的水虫，它的“脚印”变成一些小的园形的水波纹。每个水波纹不是停留在原处不动，它们要扩展，只是水波纹的中心停留在原处不动，这个中心我们称之为波源。如果水虫呆在一个地方，水虫产生的所有的水波纹有一个共同的中心;如果水虫向右运动，圆的中心也向右运动，这就使得右边的水波纹变得密集，而左水波纹变得稀疏。因此，你总能由所观察到的水波纹挤向什么方向判断出水虫在朝那个方向运动。因此，当我们看见水波纹有时挤向左，有时又挤向右，这就意味着水虫有时向左运动，有时向右运动。

水波纹是水面上的一种波，声音和光也是波，它们有着一些共同的性质:当振动着的波源逐渐靠近观测者时，波挤向该物体运动方向。测量到的频率比波源发出的频率高。当波源离去时，测量到的频率则低于发出的频率。这个现象是以十九世纪的一个奥地利物理学家的名字命名的称为多普勒效应。

当鸣着汽笛的机车(或其他声源)，向一个静止的观测者开过来时，他听到的声波比声源和观测者都处于静止状态的时候更为稠密。因为音调的高低是由频率(每秒振动次数)决定的，所以开过来的机车汽笛声的音调就比机车和观测者相对静止时同一汽笛声的调高。同样，当机车从观测者身边开过去时，汽笛的音调听起来就越变越低了。当路上鸣着喇叭的汽车从我们身旁迅速开过或摩托车行驶向一个警报器时，也可以观测到同样的效应。

眼睛能感觉不同的颜色，是由于光的频率不同，红光频率较低，蓝光频率较高。不同频率色光对应不同的谱线。在天文学上光谱被广泛应用于测量距离地球遥远的恒星或星云靠近或远离我们的速度。由于多普勒效应，这些运动使其谱线位置产生位移。如果发出某种光的恒星离开我们，其光的频率变低，光的颜色要红些，在光谱上则显示出谱线全部移向红端。这就称为“红移”，同样，在向我们靠近的恒星的光谱上，特征谱线会显示“蓝移”，即谱线移向蓝端，就是说频率变高。银河系外的宇宙空间称为涡旋星云，它们的光谱的一个显著特点是:一律表现红移，因此根据多普勒效应，这些星系必定都在不断地离开我们。