FHSST 物理/波/聲學應用

波的實際應用：聲波

多普勒效應

多普勒效應是一種有趣的現象，當發出聲音的物體相對於聽眾移動時就會發生。

考慮以下情況：當一輛鳴笛的汽車在你後面時，它接近時音調較高，而遠離時音調較低。這隻有在物體以相當高的速度移動時才會注意到，儘管理論上它在任何速度下都存在。

當物體遠離聽眾移動時，聲波會拉伸到更遠的距離，這意味著它們發生的頻率更低。波長最終會變大，因此頻率更低，音調也更低。當物體朝向聽眾移動時，波浪會在很短的距離內壓縮，從而形成非常小的波長，因此頻率很大，音調很高。由於聲音的音調取決於波浪的頻率，因此當物體朝向聽眾移動時，音調會升高。

$f'=f({\frac {v\pm v_{0}}{v\mp v_{s}}})$

f' 是觀測到的頻率，f 是實際頻率，v 是聲速 ($v=336+0.6T$) T 是攝氏度，$v_{0}$ 是觀察者的速度，$v_{s}$ 是聲源的速度。如果觀察者正朝著聲源移動，則在分子中使用上面的運算子（+），如果聲源正朝著觀察者移動，則在分母中使用上面的運算子（-）。如果觀察者正遠離聲源移動，則在分子中使用下面的運算子（-），如果聲源正遠離觀察者移動，則在分母中使用下面的運算子（+）。

示例問題

A. 一輛救護車正以 30 米/秒的速度朝著靜止的觀察者移動，發出 40 赫茲的警笛聲。在這種情況下，聲速為 339 米/秒。

$f'=40({\frac {339+0}{339-30}})$

B. 一輛 M551 謝里登以 10 米/秒的速度跟隨一輛雷諾 FT-17，雷諾 FT-17 以相同方向以 5 米/秒的速度移動，併發出 30 赫茲的音調。在這種情況下，聲速為 342 米/秒。

$f'=30({\frac {342+10}{342+5}})$

超聲波

尚待完成

超聲波是頻率太高，人類聽不到的聲音。有些其他動物可以聽到超聲波。狗哨是超聲波的一個例子。我們聽不到聲音，但狗可以聽到。

超聲波也具有醫療應用。它可以用來產生超聲波影像。超聲波通常用於觀察子宮中的胎兒。