多普勒效應在工程技術中的應用

摘 要：科技發展的最根本目的，是為了使人類擁有更加美好的生活。而理論知識的發現則是科學發展的第一步，只有掌握理論知識之后，科學家們才能理論與實踐相結合，物理知識才能更好地服務于人類。

關鍵詞：多普勒效應；工程技術；實際應用

一、 多普勒效應的原理

自然界中到處充斥著“波”，我們所熟知的，有聲波，光波，電磁波等。波不是一層不變的，在波源和觀測者之間產生相對運動時，波也會隨之發生一些規律性的變化。在波源與觀測者靠近的時候，波會被壓縮，此時波的波長會相對變短，而波的頻率會相對升高。與此相反，在波源遠離觀測者的時候，波會被拉伸，此時波的波長會相對變長，而波的頻率會相對降低。波長相對之前變得越長，頻率相對之前變得越低，波源的速度越高，所產生的效應越大。比如一架飛機從頭頂飛過，在飛機向你靠近時，由于聲波被壓縮，頻率升高，所以聽到的飛機的聲音越來越高。在飛機遠離你飛行時，音波被拉伸，頻率降低，所以聽到的飛機的聲音越來越低。

這個理論是1842年由奧地利物理學家、數學家克里斯琴·約翰·多普勒第一次提出的。后來，人們為了紀念克里斯琴·約翰·多普勒的巨大貢獻，便將他提出的這個理論命名為多普勒效應。

二、 多普勒效應在工程技術中的應用

（一） 多普勒效應在醫學上的應用

多普勒效應在醫學上的主要應用是依靠聲波測量相關的數據，幫助醫生進行醫學診斷。血液存在于人的身體內部，難以直接測量其流動速度。但是在實際的醫學診斷中，血液流動速度又是非常重要的一個參考數據。因此，如何測量血液的流動速度一直以來都是醫學實踐中難以解決的問題。在多普勒效應提出之后，人們便有了將其應用于醫學上的想法。后來實踐表明，超聲波可以和流動的血液產生多普勒效應。當血液向著超聲波振源運動時，超聲波的頻率增加。血液遠離超聲波振源時，超聲波的頻率減少。而超聲波頻率相對增加或減少的量，與血液的流動速度成正比。因此，我們可以通過測量超聲波頻率的變化量，來進一步測量血液的流動速度。現在，多普勒效應已經和醫學實踐充分融合，在對心臟以及血管進行檢查時，醫生們可以發射超聲波來準確地測量血液的流動速度。

（二） 多普勒效應在道路交通上的應用

多普勒效應在道路交通中的應用主要用于“測速”。在道路交通中，車輛超速是非常危險的行為，會對自身以及他人的安全造成威脅。因此，為了規范并監督車主的行為，交通部門引入了雷達測速儀，雷達測速儀是以多普勒效應為工作原理制成的一種測速儀器。交警可以向行進中的車輛發射超聲波并對反射波的頻率進行測量，根據反射波的頻率變化就能知道車輛的速度。雷達測速儀的應用，有效地起到了監督的作用，為道路交通安全做出了巨大的貢獻。

（三） 多普勒效應在天文學中的應用

多普勒效應在醫學和道路交通中的應用主要依靠“聲波”，而在天文學的研究中，多普勒效應依靠的則是“光波”。愛德文·哈勃通過運用多普勒效應，發現銀河系外圍的星體都在遠離地球，并且距離地球越遠的星體，其速度越大。根據這一發現，哈勃提出了宇宙大爆炸理論，該理論現在被人們廣泛接受，并且由該理論提出的宇宙模型也被天文學家普遍認同。除此之外，多普勒效應對研究宇宙的發展以及“太陽黑子”等天文現象都有極大的幫助。正是因為有了多普勒效應，我們人類才能在宇宙的探索中留下屬于自己的一筆。

（四） 多普勒效應在移動通信中的應用

由多普勒效應的原理可知，多普勒效應是由振源與觀察者的相對運動而產生的。因此，在觀察者高速運動的情況下，通過每一個振源的時間會非常短。此時，觀察者接收到的“波”會不可避免地出現紊亂的情況。比如在移動通信中，若是通信者正在飛機上高速移動，那么該通信者通過每一個相鄰的信號基站的時間可能會很短，此時若是不做出相應的改進措施，就會對通信者的通話產生影響。所以，為了解決這一問題，我們就必須多進行技術上的改進，以便增加移動通信的穩定性。

（五） 多普勒效應在天氣預警中的應用

多普勒效應在天氣預警中也有重要的作用，人們以多普勒效應為原理，制成了天氣雷達，以便及時觀測天氣情況。在需要時，多普勒天氣雷達可以向空中發射電磁波，電磁波在遇到雨滴、冰雹等物質后就會反射，天氣觀測員可以依據反射回來的電磁信號，來判斷出現惡劣天氣的位置以及惡劣天氣的具體強度。借此來觀察天氣情況，并及時進行天氣預警，以便防止因惡劣天氣而帶來的損失。和傳統的測量方法相比較，多普勒天氣雷達受其他影響較小，預測的也更加準確。

三、 總結

多普勒效應是物理學中非常重要的一個理論知識，以其為基礎，可以在多個領域衍生出不同的應用。在醫學中，多普勒效應不僅可以測量血液的流動速度，還可以直接檢測其他疾病的發病根源，以判斷病人是否病發。在道路交通方面，雷達測速儀可以監督車主，還可以及時記錄違規車輛，為交通管理做出了巨大貢獻。在天文學方面，通過對多普勒效應的運用，天文學家不僅可以測量天體的運行速度，了解宇宙的發展現狀，還可以觀測和研究各種天文現象，以加深對宇宙的了解。在移動通信方面，通過對多普勒效應的研究，我們可以發現影響通信效果的原因，并及時地解決這一問題。在天氣預報方面，多普勒天氣雷達較之傳統預測方式更加準確，可以幫助我們及時進行天氣預警。由此來看，多普勒效應已經滲入到我們生活的方方面面，小到移動通信，大到宇宙發展，皆已離不開多普勒效應。

時代在發展，科技在進步。關于多普勒效應在工程技術中的實踐，雖然已經在各個領域衍生出了龐雜的應用。但是我相信，這些還遠遠不夠，多普勒效應一定還可以應用到更多的領域。

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作者簡介：

文峰，貴州省黔南布依族苗族自治州，貴州省黔南民族高等醫學專科學校。