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linjoo

2007-07-18 21:40

多普勒效應(yīng)和雷達(dá)測(cè)速

你一定有這樣的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)你站在馬路旁邊，即使沒(méi)有去注視路面上車(chē)輛的行駛的情況，單憑耳朵的聽(tīng)覺(jué)判斷，你能感到一輛汽車(chē)正在駛過(guò)來(lái)，或者離你而去。這里面當(dāng)然依靠汽車(chē)行駛的聲間是漸強(qiáng)還是漸弱，但細(xì)細(xì)想想，主要還是根據(jù)汽車(chē)行駛的車(chē)輪聲或剌叭聲調(diào)的變化。原來(lái)，車(chē)輛駛近時(shí)，聲音要變尖，也就是說(shuō)，音調(diào)要高些；開(kāi)過(guò)以后，遠(yuǎn)離的時(shí)候，聲音會(huì)越來(lái)越低。

為什么會(huì)這樣呢？原來(lái)，聲音的形成，首先是由于發(fā)聲體的振動(dòng)，然后在它周?chē)目諝庵行纬闪艘粫?huì)疏一會(huì)密的聲波，傳到耳朵里，使耳膜隨著它同樣地振動(dòng)起來(lái)，人們就聽(tīng)到了聲音。耳膜每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)多，人就感到音調(diào)高；反之，耳膜每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)少，人就感到音調(diào)低。照這樣說(shuō)，聲源發(fā)出什么聲，我們聽(tīng)到的就是什么調(diào)。問(wèn)題的關(guān)鍵在于汽車(chē)在怎樣的運(yùn)動(dòng)。汽車(chē)勻速駛來(lái)，輪胎與地面摩擦產(chǎn)生的聲波傳來(lái)時(shí)“疏”、“密”、“疏”、“密”是按一定規(guī)律，一定距離排列的，可當(dāng)汽車(chē)向你開(kāi)來(lái)時(shí)，它把空氣中聲波的“疏”和“密”壓得更緊了，“疏”、“密”的問(wèn)題更近了，人們聽(tīng)到的音調(diào)也就高了。反之，當(dāng)汽車(chē)離你遠(yuǎn)去時(shí)，它把空氣中的疏密拉開(kāi)了，聽(tīng)到的聲音頻率就小了，音調(diào)也就低了。汽車(chē)的速度越高，音調(diào)的變化也越大。在科學(xué)上，我們把這種聽(tīng)到音調(diào)與發(fā)聲體音調(diào)不同的現(xiàn)象，稱為“多普勒效應(yīng)”。

有趣的是，雷達(dá)測(cè)速計(jì)也正是根據(jù)多卜勒效應(yīng)的原理研制出來(lái)的。

我們知道，小汽車(chē)可以開(kāi)得很快，可是為了保證安全，在某些路段上，交通警察要對(duì)車(chē)速進(jìn)行限制。那么，在汽車(chē)快速行進(jìn)時(shí)，交通警察是怎樣知道它們行駛的速度呢？最常用的測(cè)速儀器叫雷達(dá)測(cè)速計(jì)，它的外形很象一支大型信號(hào)槍，它也有槍筒，手柄、板機(jī)等部件，在槍的后面有一排數(shù)碼管。把槍口對(duì)準(zhǔn)行駛的車(chē)輛，一扣板機(jī)，一束微波就射向行駛中的車(chē)輛。微波是波長(zhǎng)很短的無(wú)線電波，微波的方向性很好，速度等于光速。微波遇到車(chē)輛立即被反射回來(lái)，再被雷達(dá)測(cè)速計(jì)接收。這樣一來(lái)一回，不過(guò)幾十萬(wàn)分之一秒的時(shí)間，數(shù)碼管上就會(huì)顯示出所測(cè)車(chē)輛的車(chē)速。

它所依據(jù)的原理依然是“多卜勒效應(yīng)”。雷達(dá)測(cè)速計(jì)發(fā)出一個(gè)頻率為1000兆赫的脈沖微波，如果微波射在靜止不動(dòng)的車(chē)輛上，被反射回來(lái)，它的反射波頻率不會(huì)改變，仍然是1000兆赫。反之，如果車(chē)輛在行駛，而且速度很快，那么，根據(jù)多卜勒效應(yīng)，反射波頻率與發(fā)射波的頻率就不相同。通過(guò)對(duì)這種微波頻率微細(xì)變化的精確測(cè)定，求出頻率的差異，通過(guò)電腦就可以換算出汽車(chē)的速度了。當(dāng)然，這一切都是自動(dòng)進(jìn)行的。
雷達(dá)測(cè)速計(jì)的測(cè)速范圍大約在每小時(shí)24公里到199公里之間，測(cè)速范圍比較大，精確度也相當(dāng)高，車(chē)速在每小時(shí)100公里時(shí)，誤差不會(huì)超過(guò)1公里/小時(shí)。

測(cè)速雷達(dá)朝向公路，可以測(cè)量車(chē)速，如果指向天空，就可以測(cè)云層的高度，測(cè)云層的速度。當(dāng)然，要測(cè)幾十公里外，甚至上百公里外的飛機(jī)，也是這個(gè)原理，只不過(guò)要向它掃描的空間連續(xù)發(fā)射微波束，這些微波束遇到飛機(jī)再反射回來(lái)，已經(jīng)極其微弱了，要想把它接收到，分辨清并計(jì)算出來(lái)，就很困難了，這就需要一個(gè)龐大的靈敏的雷達(dá)。