多卜勒效应和雷达测速

你一定有这样的经验，当你站在马路旁边，即使没有去注视路面上车辆的行驶的情况，单凭耳朵的听觉判断，你能感到一辆汽车正在驶过来，或者离你而去。这里面当然依靠汽车行驶的声间是渐强还是渐弱，但细细想想，主要还是根据汽车行驶的车轮声或剌叭声调的变化。原来，车辆驶近时，声音要变尖，也就是说，音调要高些；开过以后，远离的时候，声音会越来越低。
　　
　　为什么会这样呢？原来，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了一会疏一会密的声波，传到耳朵里，使耳膜随着它同样地振动起来，人们就听到了声音。耳膜每秒钟振动的次数多，人就感到音调高；反之，耳膜每秒钟振动的次数少，人就感到音调低。照这样说，声源发出什么声，我们听到的就是什么调。问题的关键在于汽车在怎样的运动。汽车匀速驶来，轮胎与地面摩擦产生的声波传来时“疏”、“密”、“疏”、“密”是按一定规律，一定距离排列的，可当汽车向你开来时，它把空气中声波的“疏”和“密”压得更紧了，“疏”、“密”的问题更近了，人们听到的音调也就高了。反之，当汽车离你远去时，它把空气中的疏密拉开了，听到的声音频率就小了，音调也就低了。汽车的速度越高，音调的变化也越大。在科学上，我们把这种听到音调与发声体音调不同的现象，称为“多卜勒效应”。
　　
　　有趣的是，雷达测速计也正是根据多卜勒效应的原理研制出来的。
　　
　　我们知道，小汽车可以开得很快，可是为了保证安全，在某些路段上，交通警察要对车速进行限制。那么，在汽车快速行进时，交通警察是怎样知道它们行驶的速度呢？最常用的测速仪器叫雷达测速计，它的外形很象一支大型信号枪，它也有枪筒，手柄、板机等部件，在枪的后面有一排数码管。把枪口对准行驶的车辆，一扣板机，一束微波就射向行驶中的车辆。微波是波长很短的无线电波，微波的方向性很好，速度等于光速。微波遇到车辆立即被反射回来，再被雷达测速计接收。这样一来一回，不过几十万分之一秒的时间，数码管上就会显示出所测车辆的车速。
　　
　　它所依据的原理依然是“多卜勒效应”。雷达测速计发出一个频率为1000兆赫的脉冲微波，如果微波射在静止不动的车辆上，被反射回来，它的反射波频率不会改变，仍然是1000兆赫。反之，如果车辆在行驶，而且速度很快，那么，根据多卜勒效应，反射波频率与发射波的频率就不相同。通过对这种微波频率微细变化的精确测定，求出频率的差异，通过电脑就可以换算出汽车的速度了。当然，这一切都是自动进行的。
　　
　　雷达测速计的测速范围大约在每小时24公里到199公里之间，测速范围比较大，精确度也相当高，车速在每小时100公里时，误差不会超过1公里/小时。
　　
　　测速雷达朝向公路，可以测量车速，如果指向天空，就可以测云层的高度，测云层的速度。当然，要测几十公里外，甚至上百公里外的飞机，也是这个原理，只不过要向它扫描的空间连续发射微波束，这些微波束遇到飞机再反射回来，已经极其微弱了，要想把它接收到，分辨清并计算出来，就很困难了，这就需要一个庞大的灵敏的雷达。
　　
　　除了用微波雷达测速之外，还有一种激光测速计，因为激光的频率更高，波长更短，准确性更强，测量也更精密。当然，接收反射波的难度也更大一些。但是，其工作原理仍然是多卜勒效应。
　　