多普勒效应是指当源波动物相对于观察者运动时,观察者接收到的波长、频率、光谱发生变化的现象。其最常见的例子是当一个警笛靠近时,听到的声音会变高,而当它远离时,听到的声音会变低。
具体来说,当源波动物以速度$v_s$朝向静止的观察者运动时,观察者接收到的波长$\lambda'$和频率$f'$分别为:
$$\lambda'=\frac{\lambda}{1+\frac{v_s}{v}}$$
$$f'=\frac{f}{1+\frac{v_s}{v}}$$
其中,$\lambda$和$f$为源波动物的波长和频率,$v$为波的速度,即在介质中的传播速度。
反之,当源波动物以速度$v_s$远离静止的观察者运动时,观察者接收到的波长$\lambda''$和频率$f''$分别为:
$$\lambda''=\frac{\lambda}{1-\frac{v_s}{v}}$$
$$f''=\frac{f}{1-\frac{v_s}{v}}$$
多普勒效应广泛应用于天文学、雷达、声学等领域。