多普勒效应和雷达测速.doc

多普勒效应和雷达测速你一定有这样的经验当你站在马路旁边即使没有去注视路面上车辆的行驶的情况单凭耳朵的听觉判断你能感到一辆汽车正在驶过来或者离你而去。这里面当然依靠汽车行驶的声间是渐强还是渐弱但细细想想主要还是根据汽车行驶的车轮声或剌叭声调的变化。原来车辆驶近时声音要变尖也就是说音调要高些;开过以后远离的时候声音会越来越低。为什么会这样呢?原来声音的形成首先是由于发声体的振动然后在它周围的空气中形成了一会疏一会密的声波传到耳朵里使耳膜随着它同样地振动起来人们就听到了声音。耳膜每秒钟振动的次数多人就感到音调高;反之耳膜每秒钟振动的次数少人就感到音调低。照这样说声源发出什么声我们听到的就是什么调。问题的关键在于汽车在怎样的运动。汽车匀速驶来轮胎与地面摩擦产生的声波传来时“疏”、“密”、“疏”、“密”是按一定规律一定距离排列的可当汽车向你开来时它把空气中声波的“疏”和“密”压得更紧了“疏”、“密”的问题更近了人们听到的音调也就高了。反之当汽车离你远去时它把空气中的疏密拉开了听到的声音频率就小了音调也就低了。汽车的速度越高音调的变化也越大。在科学上我们把这种听到音调与发声体音调不同的现象称为“多卜勒效应”。有趣的是雷达测速计也正是根据多卜勒效应的原理研制出来的。我们知道小汽车可以开得很快可是为了保证安全在某些路段上交通警察要对车速进行限制。那么在汽车快速行进时交通警察是怎样知道它们行驶的速度呢?最常用的测速仪器叫雷达测速计它的外形很象一支大型信号枪它也有枪筒手柄、板机等部件在枪的后面有一排数码管。把枪口对准行驶的车辆一扣板机一束微波就射向行驶中的车辆。微波是波长很短的无线电波微波的方向性很好速度等于光速。微波遇到车辆立即被反射回来再被雷达测速计接收。这样一来一回不过几十万分之一秒的时间数码管上就会显示出所测车辆的车速。它所依据的原理依然是“多卜勒效应”。雷达测速计发出一个频率为1000兆赫的脉冲微波如果微波射在静止不动的车辆上被反射回来它的反射波频率不会改变仍然是1000兆赫。反之如果车辆在行驶而且速度很快那么根据多卜勒效应反射波频率与发射波的频率就不相同。通过对这种微波频率微细变化的精确测定求出频率的差异通过电脑就可以换算出汽车的速度了。当然这一切都是自动进行的。雷达测速计的测速范围大约在每小时24公里到199公里之间测速范围比较大精确度也相当高车速在每小时100公里时误差不会超过1公里/小时。测速雷达朝向公路可以测量车速如果指向天空就可以测云层的高度测云层的速度。当然要测几十公里外甚至上百公里外的飞机也是这个原理只不过要向它扫描的空间连续发射微波束这些微波束遇到飞机再反射回来已经极其微弱了要想把它接收到分辨清并计算出来就很困难了这就需要一个庞大的灵敏的雷达。除了用微波雷达测速之外还有一种激光测速计因为激光的频率更高波长更短准确性更强测量也更精密。当然接收反射波的难度也更大一些。但是其工作原理仍然是多卜勒效应。