第十章聲·波 10.11火車上的汽笛聲問(wèn)題

第十章聲·波 10.11火車上的汽笛聲問(wèn)題

　　如果你的聽(tīng)官很能辨別樂(lè)音，那末迎面開(kāi)來(lái)的火車在你旁邊經(jīng)過(guò)的時(shí)候，你一定會(huì)注意到火車頭上的汽笛聲的音調(diào)有什么樣的改變（這里是說(shuō)音調(diào)，或聲音的高低，不是說(shuō)響度）。在兩列火車接近的時(shí)候你聽(tīng)到的汽笛的音調(diào)，一定比兩列火車相背離去越開(kāi)越遠(yuǎn)的時(shí)候的音調(diào)高得多。如果火車駛得很快（每小時(shí)50公里），那末音調(diào)高低上的區(qū)別，幾乎可以達(dá)到一個(gè)全音程。

　　這到底是什么原因呢？

　　如果你記得音調(diào)的高低同振動(dòng)的次數(shù)有關(guān)，你就不難猜想到這原因了；你可以把這問(wèn)題拿來(lái)同你研究上節(jié)問(wèn)題的時(shí)候所得到的結(jié)果比較一下。迎面駛來(lái)的火車上的汽笛，自始至終發(fā)著一定振動(dòng)次數(shù)的聲音�？墒悄愕亩�朵卻會(huì)覺(jué)察出不同的振動(dòng)次數(shù)，這是看你是迎著火車走的，還是站著不動(dòng)的，或是背著聲源走的。

　　你坐火車上甲地的時(shí)候，每天讀到甲地報(bào)紙的次數(shù)既然比平時(shí)多，那末同樣的道理，在你向著聲源走近的時(shí)候，你每秒鐘聽(tīng)到的振動(dòng)次數(shù)，也比它們從火車頭的汽笛里發(fā)出來(lái)的振動(dòng)次數(shù)多。不過(guò)在這里你已經(jīng)不必再思考了：你的耳朵已經(jīng)能聽(tīng)出它的振動(dòng)次數(shù)是增多了，——你直接聽(tīng)到了提高了的音調(diào)。在你背著火車走的時(shí)候，你的耳朵聽(tīng)到的振動(dòng)次數(shù)是減少了，——你聽(tīng)到的是降低了的音調(diào)。

　　如果這個(gè)解釋還不能使你完全信服，那就請(qǐng)你直接研究一下（當(dāng)然是通過(guò)思考），從火車汽笛里發(fā)出來(lái)的聲波是怎樣傳播的。首先研究一下火車不動(dòng)時(shí)候的情況（圖154）。汽笛發(fā)聲的時(shí)候會(huì)使空氣產(chǎn)生波動(dòng)，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，讓我們假定只看到4個(gè)波（圖里上面那條波狀線）：波從不動(dòng)的汽笛里出來(lái)以后，它在任何時(shí)間間隔里，向一切方向傳播的距離都是相同的。0號(hào)波來(lái)到觀察人A的時(shí)間，和來(lái)到觀察人B的時(shí)間是相同的。跟著同時(shí)來(lái)到兩個(gè)觀察人的耳朵里的是1號(hào)波，2號(hào)波，3號(hào)波等等。兩個(gè)觀察人的耳朵每秒鐘可以得到同樣數(shù)目的振動(dòng)，因此兩人聽(tīng)到的音調(diào)也是相同的。

　　如果鳴著汽笛的火車是從B駛向A的（圖里下面那條波狀線），那就是另一回事了。設(shè)想在某一瞬間，汽笛是在C′點(diǎn)，而在它發(fā)完了4個(gè)波的時(shí)候，它已經(jīng)來(lái)到了D點(diǎn)。

　　現(xiàn)在你可以比較一下，這時(shí)候聲波是怎樣傳播的。從C′點(diǎn)發(fā)出的0號(hào)波，到達(dá)A′和B′兩個(gè)觀察人的時(shí)間是相同的。可是在D點(diǎn)發(fā)出的4號(hào)波，到達(dá)兩個(gè)觀察人的時(shí)間就不相同：路線DA′比路線DB′短，因此這個(gè)波來(lái)到A′點(diǎn)的時(shí)間比它來(lái)到B′點(diǎn)的時(shí)間要早。中間的那些波（3號(hào)波，2號(hào)波，1號(hào)波）也要先到A′后到B′，不過(guò)相差的時(shí)間比較短些。結(jié)果怎么樣呢？在同一時(shí)間里A′點(diǎn)的觀察人收到的聲波次數(shù)一定比B′點(diǎn)的觀察人收到的多：于是A′點(diǎn)的觀察人聽(tīng)到的音調(diào)也比 B′點(diǎn)的觀察人聽(tīng)到的高。同時(shí)，從圖里還可以看出，走向 A′點(diǎn)的波，它的長(zhǎng)度也相應(yīng)地比走向B′點(diǎn)的波要短些①。

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