火車長鳴與炮彈嘯叫

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小明在乘火車旅行的途中,發(fā)現(xiàn)當兩列火車錯車時,對面火車的鳴笛聲發(fā)生了明顯的變化,即當兩列車由接近到遠離時,笛聲光升高后變低。小明感到奇怪,開始還以為這是自己的錯覺,經(jīng)過多次觀察后,證明的確是事實。小明想不通,就去問老師。
    老師聽了后,非常高興,并贊揚地說:小明呀!你也發(fā)現(xiàn)了這個物理規(guī)律。歷第一個發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律的人叫多普勒,所以把這個規(guī)律叫做“多普勒效應”。多普勒效應的內(nèi)容是:“當聲源向著觀察者運動時,觀察者接收到的頻率比聲源的頻率增大,即音調(diào)增高;當聲源遠離觀察者而去時,觀察者接收到的頻率比聲源的頻率減小,即音調(diào)降低”。
    小明問,這是為什么呢?
    老師說,人耳聽到的音調(diào)高低是由耳膜的振動頻率決定的。耳膜的振動又是由于空氣的疏密變化引起的??諝獾氖杳茏兓质怯陕曉匆鸬模⒁砸欢ǖ乃俣扔煽諝鈧鞑コ鋈?,這就形成了聲波。當觀察者和聲源相對靜止時,耳膜的振動頻率等于由聲波送到人耳的聲源的振動頻率。所以音調(diào)沒有變化。當聲源和觀察者相互接近時,耳膜接收到的頻率高于聲源的頻率,所以音調(diào)增高;當觀察者和聲源相互遠離時,耳膜接收到的頻率減低,所以聽到的聲調(diào)就降低了。
    小明又問,在看戰(zhàn)斗故事片時,有時聽到炮聲嘯叫,戰(zhàn)士們?nèi)魺o其事;有時聽到炮彈嘯叫,戰(zhàn)士們剛一臥倒,炮彈就在附近爆炸了,這里是否和多普勒效應有關呢?
    老師說,你說的對,有經(jīng)驗的戰(zhàn)士正是根據(jù)飛行炮彈嘯叫音調(diào)的變化和聲音強弱的變化,來判斷炮彈飛行的方向和遠近的。