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光学历史上的今天(馆内原创)—— 多普勒诞辰217周年 带你了解多普勒效应

日期:2020-11-29

217年前的今天,18031129日,奥地利物理学家克里斯琴·多普勒出生了。


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数学家、物理学家克里斯琴·多普勒(Christian Andreas Doppler18031129日—1853317)出生于奥地利萨尔茨堡。

1674年开始,克里斯琴· 多普勒的家族在萨尔茨堡从事石匠生意。他们在Hannibal Platz(现名Makart Platz)靠近河畔的地方建造了很好的房子,多普勒就在这所房子里出生。当然,按照家庭的传统会让他接管石匠的生意。然而他的健康状况一直不好而且相当虚弱,因此他没有从事传统的家族生意

多普勒在萨尔茨堡上完小学然后进入了林茨中学。1822年他开始在维也纳工学院学习,他在数学方面显示出超常的水平,1825年他以各科优异的成绩毕业。在这之后他回到萨尔茨堡,在Salzburg Lyceum教授哲学, 然后去维也纳大学学习高等数学、力学和天文学。

1841年成为布拉格理工学院的数学教授。1850年,多普勒担任维也纳大学物理学院的首任院长。繁重的教务和沉重的压力使多普勒的健康每况愈下,但他的科学成就使他闻名于世。1853317日在意大利的威尼斯去世,终年49岁。


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多普勒效应的发现

一天,多普勒带着他的孩子沿着铁路旁边散步,一列火车从远处开来。多普勒注意到:火车在靠近他们时笛声越来越纤细,然而就在火车通过他们身旁的一刹那后,笛声声调突然变雄浑了,这个平常的现象吸引了多普勒的注意,他思考:为什么笛声声调会变化呢?他抓住问题,潜心研究多年。

通过研究他发现,当观察者与声源相对静止时,声源的频率不变;然而观察者与声源之间相对运动时,则听到的声源频率发生变化。最后他总结:观察者与声源的相对运动决定了观察者所收到的声源频率。因此1842年多普勒提出了影响至今的多普勒效应理论,这个效应在1845年通过聆听行进中的火车上演奏的音乐从而被证实存在。


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多普勒不仅注重科学理论,而且善于运用实验去反复证明实验结论。在《论双星的色光》中,他从理论上论证了“多普勒效应”。当时是将“多普勒效应”光学与声学联系起来的,多普勒试图用此来解释双星的颜色变化。虽然多普勒误将光波当作纵波,但多普勒效应这个结论却是正确的。多普勒效应对双星的颜色只有些微的影响,在那个时代,根本没有仪器能够量度出那些变化,多普勒还用此理论研究了光行差。多普勒效应有很多应用,例如天文学家利用观察到遥远星体光谱的红移现象,可以计算出星体与地球的相对速度;警方可用雷达侦测车速等。

利用多普勒效应制成的超声多普勒装置常用于医学的诊断,也就是医院检查身体时用到的各种超声波仪器。利用超声波技术来研究人体内部组织超声物理特性和病变间的某些规律,超声诊断具有无损伤,非侵袭人体等优点。多普勒装置工作迅速,安全可靠,在医学诊断技术中占有重要地位。


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多普勒的研究范围还包括光学、电磁学、气象学、天文学、医学诊断和在电磁波等研究领域也有广泛的用途。他设计和改良了很多实验仪器,这包括光学仪器。多普勒才华横溢,创意无限,脑里充满各种新奇的点子,虽然不是每一个构想都行得通,但往往为未来的新发现提供线索。

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