声音响度大小的决定因素——火车的汽笛声为什么会变戏法？

知识点：声音的响度与声源振动的幅度有关，振幅越大，响度越大，反之，亦然。此外，响度还与距离声源的远近有关，距离发声体越近，响度就越大，反之会越小。

在你生活的城市里，一定有铁路吧。如果火车道与马路有交叉，每次火车快要到来的时候，执勤的工作人员就会放下栏杆，并在喇叭里一遍遍地放着录音：“火车就要开过来了，请大家不要抢行，不要翻越栏杆……”其实，这时你可以不必在意那恼人的喇叭声，而是注意去听火车的汽笛声。你会发现这个声音开始时很尖锐，“哔——”，声音越来越大，而当火车从面前呼啸而过，突然之间，火车的汽笛声变得低沉，听上去像“呜呜——”，接着，声音就变得越来越小……如果你仔细观察，这是一个非常有意思的现象。这背后的原理叫做“多普勒效应”。

多普勒效应是为了纪念奥地利物理学家以及数学家克里斯汀·约翰·多普勒，他在1842年首先提出这一理论，于是以他的名字命名。

为了说清这个原理，首先介绍一下频率的概念。频率是用来描述振动的快慢。“振动”是指物体某一部分围着一个平衡位置，做往复的周期性的运动，这和表示“颤抖、颠簸”的“震动”是不一样的。单位时间内，物体往复运动的次数就是频率。我们平时听到的声音是一种机械波，是声源产生机械振动，带动空气以相同的频率振动，声音通过空气这种媒介向外传播，没有空气这种媒介的真空里面是听不到声音的。

这个过程就像你用手在水池中摆动，就会激起一圈圈涟漪向外扩散。数数每秒钟有多少条波纹到达了池边，就相当于这水波的频率，这个频率应该是和你的手每秒摆动的次数一样的。

假定火车汽笛声的频率是1000Hz(即每秒振动1000次)，当火车迎面向你开来时，由于声源的运动，在声源前进的方向上声波被压缩了。如果把声波的波峰比作一个个肥皂泡，原本每秒有1000个“肥皂泡”到了你的耳中，现在在1秒之内火车又向前开了100米，又有200个“肥皂泡”到达你的耳中，于是你每秒实际接收到1200个“肥皂泡”，也就是说听到的声音是1200Hz，要高于声源本来的频率，所以声音会变“尖”。类似的道理，当火车远离你而去的时候，原本每秒有1000个“肥皂泡”到达耳中，可是在这一秒里“肥皂泡”都还要随着火车向前跑，自己“向后跑”的速度小了，实际每秒只有900个“肥皂泡”到耳中，低于声源频率，所以声音会变“低沉”。这个现象在火车从面前经过的那一刻特别明显。

不仅是声波，电磁波也有“多普勒效应”。光也是一种电磁波，在天文学上，离我们无比遥远的恒星发出的光到达地球，如果频率增加，说明恒星在接近我们，称为“蓝移”；如果频率降低，说明恒星在远离我们，称为“红移”。所谓“红蓝”，是由于在可见光谱中红色频率较低，蓝色频率较高，形成的习惯说法。多普勒效应用于医学，最典型的就是“彩超”，能够检测心脏、血管运动状态。多普勒效应用于雷达上则能够判断目标的运动状态。

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