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第十章聲·波 10.13一筆罰金的故事

來源:百度文庫 2010-08-20 14:42:44

中考真題

云分校

第十章聲·波 10.13一筆罰金的故事

  多普勒在1842年第一次想到,觀察人跟聲源或光源互相接近或遠離的時候,觀察人的感官同時應該覺察到聲波或光波的波長的變動。就在這時候,他又提出了一種大膽的見解,認為恒星所以有各種不同的顏色,也是由于這個原因。他想,所有恒星本身的顏色都是白的;至于有許多恒星看上去有顏色,那是因為它們對我們說來運動得很快。很快走近我們的白星會向地面上的觀察者發(fā)出縮短了的,使我們產生綠色、藍色或者紫色感覺的光波。相反地,很快地離開我們的白星,看上去就會是黃色的或者是紅色的。

  這的確是個獨特的、可是無疑是錯誤的想法。為了使我們的眼睛能夠覺察到恒星因運動而產生的顏色的變化,首先需要恒星有巨大的速度每秒鐘幾萬公里的速度?墒沁@樣還嫌不夠:因為在飛來的白星所發(fā)的藍色光線變成了紫色的時候,它的綠線也會變成籃線,紫線變成紫外線,紅外線變成紅線;總之,白光里的各種成分都還存在,因為光譜上所有顏色的位置雖然都有了移動,可是這些顏色的總和在我們的眼睛里應該沒有什么改變。

  至于跟觀察者有相對運動的恒星的光譜里暗線位置的移動,卻是另一回事了:暗線位置的移動可以用精確的儀器準確地測出來,使我們能夠從我們看見的光線來決定恒星運動的速度(好的分光鏡連每秒一公里的恒星速度都能確定出來)。

  多普勒的錯誤使我們想到現代物理學家烏德的軼事。烏德有一次把自己的汽車開得太快了,在紅燈信號面前來不及停下來,于是警察準備對他罰款。烏德告訴這位維持交通秩序的人說,在車輛疾馳的時候,紅色信號的光是會被看成綠色的。假如這位警察是通曉物理學的,他一定能夠算出,汽車必須有極大的速度,大到每小時13,500萬公里,才能用科學家的話來為這辯護。

  算法是:如果用ι代表光源發(fā)出的光的波長(這里的光源是信號燈),ι′代表觀察者覺察到的光的波長(這里的觀察者是汽車里的科學家),v代表汽車的速度,c代表光速,那末,根據理論,這些數值之間的關系是這樣:

  我們知道,紅色光線里最短的波長等于0.0063毫米,綠色光線里最長的波長等于0.0056毫米,又知道光速等于每秒300,000公里。把這些數字代到上面式子里,得到:

  或每小時13,500萬公里。烏德如果有了這種速度,那他在一小時多一些的時間里,就能從警察身旁一直駛到比太陽還遠的地方去。據說,他終究還是因“超過規(guī)定速度”被罰了款。

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