為什麼電磁波和機械波里的多普勒效應得到的結果是形式不相同的？

例如：同一直線波源與觀察者靠近時

對機械波 f=(u+v)f／(u-v)

對電磁波 f=sqrt[(u+v)f／(u-v)]

2016-01-19

機械波是由機械振動產生的，機械波只能存在於一定的介質中，其運動遵循牛頓定律。電磁波產生機理也不同，有電子的周期性運動產生（無線電波）；有原子的外層電子受激發後產生（紅外線、可見光、紫外線）；有原子的內層電子受激發後產生（倫琴射線）；有原子核受激發後產生（射線）。介質對傳播速度的影響兩者也不同：

① 機械波的傳播速度由介質決定，與頻率無關，即同種介質不同頻率的機械波傳播速度相同。如聲波在溫度15℃時的空氣中傳播速度為 340m/s，溫度不同時傳播速度不同，但與頻率無關。

② 電磁波在真空中傳播速度相同，均為 3×10E8 m/s。在同種介質中不同頻率的電磁波傳播速度不同，頻率越大傳播速度越小，如：紅光和紫光在同種介質中折射率 n紅小於 n紫。

③ 機械波不能在真空中傳播，電磁波能在真空中傳播，其原因是：機械波傳播的是振動形式，通過振動形式傳遞能量，其本身不是物質，故不能在真空中傳播；而電磁波是電磁場在空間的傳播，本身就是物質，在真空中可以傳播，而在介質中傳播速度反而受影響。

當波源與觀察者（或探測器）有相對運動發生時，觀察者（或探測器）接受到的頻率將會高於或低于波源的頻率，稱為多普勒效應。根據惠更斯的次波原理，波源發出的波動將傳遞給周圍的介質，而波源周圍的介質可看做次波源。從波源起始沿波動傳播的途徑到觀察者，介質形成一長串形的次波源集合。在這一長串的次波源集合中，只要前一個次波源與相鄰的下一次波源有相對速度，就有多普勒頻移。當一列波遭遇到一個速度為 V 的物體時，設該物體在遭遇前後速度未發生變化；根據多普勒效應，任何與該物體相同速度的觀察者都可以測得該波的頻率為：

------ (1)

由於光波不需要媒質傳播，在真空中也能傳播，設初始光源的速度V源，頻率為f0；光波在真空中傳播，觀察者的運動速度為V 測，則根據多普勒效應，它同樣適用於（1）式，觀察者測得光波頻率為：

------- (2)

式中△V = V測 - V源是觀察者相對於初始波源的速度，K為光波的單位方向向量，當一列光波從速度為V 源的初始光源入射速度為V 的物體後，並發射或透射出來，光源(V源)→物體(V)→觀察者(V觀)，頻移規律符合（2）式，速度為V 測的觀察者測得該光波的頻率 f 測為：

------- (3)