多普勒效应在工程技术中的应用

摘 要：科技发展的最根本目的，是为了使人类拥有更加美好的生活。而理论知识的发现则是科学发展的第一步，只有掌握理论知识之后，科学家们才能理论与实践相结合，物理知识才能更好地服务于人类。

关键词：多普勒效应；工程技术；实际应用

一、 多普勒效应的原理

自然界中到处充斥着“波”，我们所熟知的，有声波，光波，电磁波等。波不是一层不变的，在波源和观测者之间产生相对运动时，波也会随之发生一些规律性的变化。在波源与观测者靠近的时候，波会被压缩，此时波的波长会相对变短，而波的频率会相对升高。与此相反，在波源远离观测者的时候，波会被拉伸，此时波的波长会相对变长，而波的频率会相对降低。波长相对之前变得越长，频率相对之前变得越低，波源的速度越高，所产生的效应越大。比如一架飞机从头顶飞过，在飞机向你靠近时，由于声波被压缩，频率升高，所以听到的飞机的声音越来越高。在飞机远离你飞行时，音波被拉伸，频率降低，所以听到的飞机的声音越来越低。

这个理论是1842年由奥地利物理学家、数学家克里斯琴·约翰·多普勒第一次提出的。后来，人们为了纪念克里斯琴·约翰·多普勒的巨大贡献，便将他提出的这个理论命名为多普勒效应。

二、 多普勒效应在工程技术中的应用

（一） 多普勒效应在医学上的应用

多普勒效应在医学上的主要应用是依靠声波测量相关的数据，帮助医生进行医学诊断。血液存在于人的身体内部，难以直接测量其流动速度。但是在实际的医学诊断中，血液流动速度又是非常重要的一个参考数据。因此，如何测量血液的流动速度一直以来都是医学实践中难以解决的问题。在多普勒效应提出之后，人们便有了将其应用于医学上的想法。后来实践表明，超声波可以和流动的血液产生多普勒效应。当血液向着超声波振源运动时，超声波的频率增加。血液远离超声波振源时，超声波的频率减少。而超声波频率相对增加或减少的量，与血液的流动速度成正比。因此，我们可以通过测量超声波频率的变化量，来进一步测量血液的流动速度。现在，多普勒效应已经和医学实践充分融合，在对心脏以及血管进行检查时，医生们可以发射超声波来准确地测量血液的流动速度。

（二） 多普勒效应在道路交通上的应用

多普勒效应在道路交通中的应用主要用于“测速”。在道路交通中，车辆超速是非常危险的行为，会对自身以及他人的安全造成威胁。因此，为了规范并监督车主的行为，交通部门引入了雷达测速仪，雷达测速仪是以多普勒效应为工作原理制成的一种测速仪器。交警可以向行进中的车辆发射超声波并对反射波的频率进行测量，根据反射波的频率变化就能知道车辆的速度。雷达测速儀的应用，有效地起到了监督的作用，为道路交通安全做出了巨大的贡献。

（三） 多普勒效应在天文学中的应用

多普勒效应在医学和道路交通中的应用主要依靠“声波”，而在天文学的研究中，多普勒效应依靠的则是“光波”。爱德文·哈勃通过运用多普勒效应，发现银河系外围的星体都在远离地球，并且距离地球越远的星体，其速度越大。根据这一发现，哈勃提出了宇宙大爆炸理论，该理论现在被人们广泛接受，并且由该理论提出的宇宙模型也被天文学家普遍认同。除此之外，多普勒效应对研究宇宙的发展以及“太阳黑子”等天文现象都有极大的帮助。正是因为有了多普勒效应，我们人类才能在宇宙的探索中留下属于自己的一笔。

（四） 多普勒效应在移动通信中的应用

由多普勒效应的原理可知，多普勒效应是由振源与观察者的相对运动而产生的。因此，在观察者高速运动的情况下，通过每一个振源的时间会非常短。此时，观察者接收到的“波”会不可避免地出现紊乱的情况。比如在移动通信中，若是通信者正在飞机上高速移动，那么该通信者通过每一个相邻的信号基站的时间可能会很短，此时若是不做出相应的改进措施，就会对通信者的通话产生影响。所以，为了解决这一问题，我们就必须多进行技术上的改进，以便增加移动通信的稳定性。

（五） 多普勒效应在天气预警中的应用

多普勒效应在天气预警中也有重要的作用，人们以多普勒效应为原理，制成了天气雷达，以便及时观测天气情况。在需要时，多普勒天气雷达可以向空中发射电磁波，电磁波在遇到雨滴、冰雹等物质后就会反射，天气观测员可以依据反射回来的电磁信号，来判断出现恶劣天气的位置以及恶劣天气的具体强度。借此来观察天气情况，并及时进行天气预警，以便防止因恶劣天气而带来的损失。和传统的测量方法相比较，多普勒天气雷达受其他影响较小，预测的也更加准确。

三、 总结

多普勒效应是物理学中非常重要的一个理论知识，以其为基础，可以在多个领域衍生出不同的应用。在医学中，多普勒效应不仅可以测量血液的流动速度，还可以直接检测其他疾病的发病根源，以判断病人是否病发。在道路交通方面，雷达测速仪可以监督车主，还可以及时记录违规车辆，为交通管理做出了巨大贡献。在天文学方面，通过对多普勒效应的运用，天文学家不仅可以测量天体的运行速度，了解宇宙的发展现状，还可以观测和研究各种天文现象，以加深对宇宙的了解。在移动通信方面，通过对多普勒效应的研究，我们可以发现影响通信效果的原因，并及时地解决这一问题。在天气预报方面，多普勒天气雷达较之传统预测方式更加准确，可以帮助我们及时进行天气预警。由此来看，多普勒效应已经渗入到我们生活的方方面面，小到移动通信，大到宇宙发展，皆已离不开多普勒效应。

时代在发展，科技在进步。关于多普勒效应在工程技术中的实践，虽然已经在各个领域衍生出了庞杂的应用。但是我相信，这些还远远不够，多普勒效应一定还可以应用到更多的领域。

参考文献：

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作者简介：

文峰，贵州省黔南布依族苗族自治州，贵州省黔南民族高等医学专科学校。