多卜勒效应和雷达测速

你一定有过这样的经历，当你站在路边时，即使你不看路上的车辆，你也能感觉到一辆汽车从你身边经过或离开你。当然，这取决于汽车的声音是变得更强还是更弱，但是如果你仔细想想，它主要是基于车轮声或汽车的嘟嘟声的变化。原来，当车辆接近时，声音应该变得更大，也就是说，音调应该更高。开车后，随着你离开，声音会越来越低。为什么会这样？事实证明，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一段时间的散射和密集的声波，这些声波被传递到耳朵，导致耳膜振动，人们听到声音。当耳膜每秒振动更多次时，人们会感觉音调很高。另一方面，当耳膜每秒振动较少的时候，人们会感觉音调很低。据此，无论声源发出什么声音，我们听到的都是音调。问题的关键在于汽车的运动。汽车正以恒定的速度驶来。当轮胎与地面摩擦产生的声波到来时，“稀疏”、“密集”、“稀疏”和“密集”按照一定的规则以一定的距离排列。但是当汽车向你驶来时，它会把空气中“稀疏”和“密集”的声波压得更紧。“稀疏”和“密集”的问题越来越近，人们听到更高的音调。另一方面，当汽车离开你时，它将空气分开，你听到的声音频率变低，音调变低。汽车速度越高，俯仰变化越大。从科学上来说，我们把这种听音不同于发声体的现象称为“多普勒效应”。有趣的是，雷达转速表也是根据多普勒效应原理开发的。我们知道汽车可以开得很快，但是为了确保安全，交通警察必须限制某些路段的速度。那么，当汽车快速行驶时，交警怎么知道它们的速度呢？最常用的转速表叫做雷达转速表。它看起来像一把大信号枪。它还有枪管、手柄、扳机和其他部件。枪后面有一排电子管。将枪对准正在行驶的车辆，一台扣板机和一束微波将对准正在行驶的车辆。微波是一种波长很短的无线电波。微波具有良好的方向性，其速度等于光速。微波会立即反射回车辆，然后被雷达转速表接收。这样，被测车辆的速度将在几十万秒内显示在数码管上。它所依据的原理仍然是“多普勒效应”。雷达转速表发出频率为1000兆赫的脉冲微波。如果微波击中静止的车辆并被反射回来，其反射波的频率将不会改变，仍然是1000兆赫。另一方面，如果车辆正在移动并且速度非常快，根据多普勒效应，反射波的频率不同于发射波的频率。通过对微波频率微小变化的精确测量，可以发现频率的差异，并通过计算机转换汽车的速度。当然，这一切都是自动的。雷达转速表的测速范围约为24公里/小时至199公里/小时，测速范围较大，精度较高。当车速为100公里/小时时，误差不会超过1公里/小时。测速雷达面向路面，可以测量车速。如果它指向天空，它可以测量云的高度和速度。当然，测量几十公里甚至几百公里以外的飞机也是同样的原理。只需要不断地向被它扫描的空间发射微波束。这些微波束从飞机上反射回来时非常微弱。接收、区分和计算它们非常困难。这需要一个大的敏感雷达。除了使用微波雷达测量速度之外，还有激光测速仪，因为激光具有更高的频率、更短的波长、更高的精度和更精确的测量。当然，接收反射波也更困难。然而，它的工作原理仍然是多普勒效应。