火车上的汽笛声问题

如果你的听觉器官很能辨别乐音，那末迎面开来的火车在你旁边经过的时候，你一定会注意到火车头上的汽笛声的音调有什么样的改变（这里是说音调，或声音的高低，不是说响度）。在两列火车接近的时候你听到的汽笛的音调，一定比两列火车相背离去越开越远的时候的音调高得多。如果火车驶得很快（50公里每小时），那末音调高低上的区别，几乎可以达到一个全音程。
　　
　　这到底是什么原因呢？
　　
　　如果你记得音调的高低同振动的次数有关，你就不难猜想到这原因了；你可以把这问题拿来同你研究上节问题的时候所得到的结果比较一下。迎面驶来的火车上的汽笛，自始至终发着一定振动次数的声音。可是你的耳朵却会觉察出不同的振动次数，这是看你是迎着火车走的，还是站着不动的，或是背着声源走的。
　　

　　你坐火车上甲地的时候，每天读到甲地报纸的次数既然比平时多，那末同样的道理，在你向着声源走近的时候，你每秒钟听到的振动次数，也比它们从火车头的汽笛里发出来的振动次数多。不过在这里你已经不必再思考了：你的耳朵已经能听出它的振动次数是增多了──你直接听到了提高了的音调。在你背着火车走的时候，你的耳朵听到的振动次数是减少了──你听到的是降低了的音调。
　　
　　如果这个解释还不能使你完全信服，那就请你直接研究一下（当然是通过思考），从火车汽笛里发出来的声波是怎样传播的。首先研究一下火车不动时候的情况（图299）。汽笛发声的时候会使空气产生波动，为了简单起见，让我们假定只看到4个波（图里上面那条波状线）：波从不动的汽笛里出来以后，它在任何时间间隔里，向一切方向传播的距离都是相同的。0号波来到观察人力的时间，和来到观察人B的时间是相同的。跟着同时来到两个观察人的耳朵里的是1号波、2号波、3号波等等。两个观察人的耳朵每秒钟可以得到同样数目的振动，因此两人听到的音调也是相同的。
　　
　　如果鸣着汽笛的火车是从B驶向A的（图里下面那条波状线），那就是另一回事了。设想在某一瞬间，汽笛是在C′点，而在它发完了4个波的时候，它已经来到了D点。
　　
　　现在你可以比较一下，这时候声波是怎样传播的。从C′点发出的0号波，到达A′和B′两个观察人的时间是相同的。可是在D点发出的4号波，到达两个观察人的时间就不相同：路线DA′比路线DB′短，因此这个波来到A′点的时间比它来到B′点的时间要早。中间的那些波（3号波、2号波、l号波）也要先到A′后到B′，不过相差的时间比较短些。结果怎么样呢？在同一时间里A′点的观察人收到的声波次数一定比B′点的观察人收到的多，于是A′点的观察人听到的音调也比B′点的观察人听到的高。同时，从图里还可以看出，走向A′点的波，它的长度也相应地比走向B′点的波要短些。
　　