风是否可以改变超声波的传播方向？这绝对是一个重大的物理难题。

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2008年7月30日（http://tieba.baidu.com/f?kz=453805764>），我在百度相对论吧贴出了该问题，问题大致意思如下：

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地面上有一超声波声纳，它朝正北方发射一束超声波，在其正北方有一个屏幕，当地球上无风时，该超声波束正好打到屏幕的正中心位置。问题如下：

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问题1、当地面上刮东风（空气向西运动）时，上述超声波束打到屏幕上的位置会偏离中心点吗？

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问题2、假如无风时超声波从声纳传到屏幕用时0.1秒，起风后超声波从声纳传到屏幕用时会改变吗？（假设空气密度不会因风而改变）

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被选答案：

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A：1、会偏离中心位置（偏西）；2、用时不会改变。

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B：1、会偏离中心位置（偏西）；2、用时会改变。

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C：1、不会偏离中心位置；2、用时会改变。

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D：1、不会偏离中心位置；2、用时不会改变。

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E：其他答案。

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(B和D似乎自相矛盾，应重点考虑A和C)

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吧里的许多物理大师都试图解决该问题，可是又发愁找不到相关的物理定律或物理方程式。我也找遍了各种物理教材，不论是工科的还是理科的，都找不到相关内容！难道理论又一次落后技术了？难道物理学中还存在“没有被开发过的荒地”？难道地球上还有“黑洞”？如果事实果真如此我们就太幸运了。

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我经过深思熟虑后认为正确答案是C：1、不会偏离中心位置；2、用时会改变。

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问题1实在是太难了，比较而言问题2要简单的多，而一旦问题2解决之后，问题1就好办了。

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以球面波（万向波）为例，当波源相对媒质静止时，波的图案是同心圆；可是一旦波源相对媒质运动后波的图案就不再是同心圆了。

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以水面波为例，假如水面波的波速为10米/秒，那么当波源相对水静止时，波源启动后1秒钟，波的前锋可以传播到波源的正北方10米远处；当波源以5米/秒的速度向正东方向运动时，波源启动后1秒钟，波的前锋只可以传播到波源的正北方8.66米远处，因此要想传到正北方10米远处，用时必定要超过1秒。因此可以排除D了。

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通过对上面球面波的分析我们可以得到如下定理：

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1、当波源相对媒质静止时，波相对媒质的速度的大小=波相对波源的速度的大小；波相对媒质的传播方向（波矢量）=波相对波源的传播方向（波矢量）；波相对媒质的频率=波相对波源频率。

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2、当波源相对媒质运动时，波相对媒质的速度的大小≠波相对波源的速度的大小；波相对媒质的传播方向（波矢量）≠波相对波源的传播方向（波矢量）；波相对媒质的频率≠波相对波源频率。

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3、当波源相对媒质的运动速度改变后，波相对媒质的速度的大小不变，波相对波源的速度的大小改变；波相对媒质的传播方向（波矢量）改变，波相对波源的传播方向（波矢量）不变；波相对媒质的频率改变，波相对波源频率不变。

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4、当波源相对媒质的运动速度改变后，

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波相对媒质的传播方向（波矢量）改变——媒质系的“波行差”改变或相对媒质静止的观测者观测到的“波行差”改变。

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波相对波源的传播方向（波矢量）不变——波源系（或相对波源静止的观测者）观测不到波行差。

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波相对媒质的频率改变——媒质系存在多普勒现象。

波相对波源频率不变——光源系不存在多普勒现象。

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5、假如媒质静止，波源沿X轴正方向运动时，相对波源系，波的传播方向（波矢量）不变；相对媒质系，波的传播方向（波矢量）会向X轴正方向靠拢，即波矢量与X轴正方向的夹角会减小。

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总结：

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1、当观测者相对波源运动时，观测者可以看到波行差现象（波相对观测者的传播方向改变）和多普勒现象。

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2、当观测者和波源同速前进时，观测者测量到的波速的大小会改变，但测量到的波速的方向和频率不会改变。

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3、运动的媒质（流水或风）不会改变其中的波在波源系的波矢量和频率。当流水的速度改变后，声纳发射的超声波束射到（相对声纳静止的）接收器上的（声斑的）位置不会变，声纳接收到的频率也不会变。