多普勒效应的公式根据不同的物理情境有不同的表达形式。以下是几种常见的多普勒效应公式:
光波的多普勒效应公式
纵向多普勒效应(波源速度与波源与接收器连线共线):
\[
f' = f \left( \frac{c+v}{c-v} \right)^{\frac{1}{2}}
\]
其中,\( v \) 为波源与接收器的相对速度,当波源接近观察者时,\( v \) 取正,称为“紫移”或“蓝移”;当波源远离观察者时,\( v \) 取负,称为“红移”。
横向多普勒效应(波源速度与波源与接收器连线垂直):
\[
f' = f (1 - \beta^2)^{\frac{1}{2}}
\]
其中,\( \beta = \frac{v}{c} \)。
普遍多普勒效应(多普勒效应的一般情况):
\[
f' = f \frac{(1 - \beta^2)^{\frac{1}{2}}}{1 - \beta \cos \theta}
\]
其中,\( \beta = \frac{v}{c} \),\( \theta \) 为接收器与波源的连线到速度方向的夹角。
声波的多普勒效应公式
设声源 \( S \) 和观察者 \( L \) 分别以速度 \( v_s \) 和 \( v_l \) 同一直线运动,声波传播速度为 \( V \),且 \( v_s \) 和 \( v_l \) 均小于 \( V \)。声源发射频率为 \( f \),波长为 \( \lambda \) 的声波,观察者接收到的声波的频率为:
\[
f' = \frac{(V - v_l)V}{(V - v_s) \lambda} = \frac{(V - v_l)f}{V - v_s}
\]
。
机械波的多普勒公式
设观察者与波源沿同一直线运动,它们相对于媒介的速度分别为 \( v \) 和 \( u \),波的传播速度为 \( V \),波源发出的频率为 \( f \),而观察者接收到的频率为 \( f' \),则:
\[
f' = f \frac{(1 + \frac{v}{V})}{(1 - \frac{u}{V})}
\]
其中,\( v > 0 \) 或 \( v < 0 \) 分别表示波源趋近或背离观察者。
这些公式可以帮助我们理解和计算在不同物理情境下,由于波源和观察者之间的相对运动而引起的频率和波长的变化。