⚛ 物理

救护车从你身边呼啸而过,警笛声为什么会突然变低沉?

看完这篇你会知道,救护车变调不是车坏了,而是速度在"压缩"和"拉伸"声波,同一个原理还被用来测量星系的运动速度

你站在路边,远远听见救护车的警笛声越来越响,"嘀——嘟——",然后它从你眼前飞奔而过,声音瞬间变得低沉了好几个音调,像是有人在背后把音量旋钮往下拧了一圈。你揉揉耳朵,心想:救护车坏了?还是我的耳朵出问题了?

声音是怎么"传"到你耳朵里的?

要搞懂这件事,先得知道声音是怎么跑的。声音不是直接"飞"过来的,它是靠空气一层一层地"挤"过来的,就像你在水里推了一下,水波一圈一圈往外扩。救护车的喇叭每秒钟会发出固定次数的"波浪",这个次数就决定了音调的高低——次数越多,声音越尖;次数越少,声音越低沉。

正常情况下,如果喇叭和你都站着不动,这些波浪会均匀地一圈一圈传到你耳朵里,你听到的音调就是喇叭本来的样子。但是,一旦喇叭开始动起来,事情就有意思了。

车一动起来,声波为什么会被"挤"变形?

想象一个人边走边往前扔球,走得越快,前方的球就会越密集,后方的球就会越稀疏。声波也是一样的道理。救护车朝你冲过来的时候,它每发出一个声波,自己也往前走了一步,结果前方的声波被"追着"越挤越密,传到你耳朵里的波浪次数变多了,你就听到更高更尖的声音。

等它从你身边冲过去、向远处开走的时候,情况反过来了——它每发出一个声波,自己就往反方向跑了一步,后方的声波被越拉越稀,传到你耳朵里的波浪次数变少了,你就听到低沉的声音。就是这一前一后、一挤一拉,造成了那个"嘀——嘟——"变调的效果。这个现象有个名字,叫多普勒效应,是19世纪一个叫多普勒的奥地利科学家发现的。

这个变调除了让人好奇,还有什么实际用处?

可别小看这个"变调",它在生活里用处大得很。天气预报里的雷达,就是靠发射电波、再听"回声变了多少调",来算出云层和雨区跑得多快、往哪儿跑——说白了,就是拿多普勒效应当测速仪。医院里做心脏彩超,医生能看到血液在心脏里怎么流,用的也是同样的原理。交警拿的测速枪,也是冲你的车发出一束波,再靠"变调"的大小算出你到底开了多快——所以超速可真别抱侥幸心理。就连天文学家测量星系离我们越来越远的速度,也是靠星光的"变调"来计算的。

下次救护车从你身边驶过,不妨闭上眼睛专心听那一声"嘀——嘟——",你听到的不只是一辆车的鸣笛,而是整个宇宙共用的同一条物理定律。