检验声学多普勒效应理论的可行性实验 郭峰君
1、 引言 声学多普勒效应(ADE)是一种司空见惯的现象。对于这种现象的描述,在物理学上一直是以奥地利物理学家多普勒于1842年提出的理论(DT)为基础。根据DT,当声波的接收者(R)与发射者(S)在介质(M)中运动时,R的接收频率Fr和S的发射频率Fs之间的对应关系并非取决于R与S之间的相对运动速度V,而是取决于R和S分别在M中的绝对运动速度Vr和Vs,虽然有V=Vr+Vs。其给出的声波频率变换公式为 Fr=Fs(U+Vr)/(U-Vs) 式(1) 其中U为声波在M中的传播速度。式(1)究竟是人们经过科学实验严格检验后得出的客观结论还是人们一直根据逻辑推理想当然地认定其就应该是正确结论?这个问题正是笔者长期致力于探索的一个“白痴型”问题。本文提出了一个可以检验式(1)正确与否的简单易行的实验,并对预期的实验结果进行了分析,但是观点与DT截然不同。
2、 实验方法 本实验完全适合于在一般环境条件下直接进行。使超声波的发射器S与接收器R沿二者联线相对作匀速直线运动,测定S的发射频率Fs、R的接收频率Fr、超声波在M(可以是空气、清水或甘油等不同粘度的流体)中的传播速度U、S与R之间的相对运动速度V以及S和R分别在M中的绝对运动速度Vr和Vs。在实验过程中,既可以任意调整Fs、Fr和V的值,也可以保持V的值不变,而调整Vr和Vs的值。
3、 实验分析 根据Fs、Fr、U、Vs、Vr诸实测值计算V理论值,并比较其与V实测值之间是否吻合。 DT给出的计算V理论值的公式为 V=(U+Vr)(1-Fs/Fr)或V=(U-Vs)(Fr/Fs-1) 式(2) 笔者根据“凡流体都有粘性,无论粘度大小,在流体流动过程中,附着在固体表面的流层的流速相对于固体本身总趋近于零”的客观事实给出的计算V理论值的公式为 V=U(FrFr-FsFs)/(FrFr+FsFs) 式(3) 4、 结论 若V实测值与根据式(2)计算的V理论值相吻合,则证明DT正确;若V实测值与根据式(3)计算的V理论值相吻合,则证明DT隐含着某些理论缺陷,描述ADE的理论需要综合运动学、波动学和流动学知识重新建立,声波频率变换式(仍属理想化近似性表达式)应为 Fr=Fs*sqrt((U+V)/(U-V) 式(4) 建议国内有关的科研单位和科研人员能够尽快开展此项实验,得出客观、真实的结论。
---------------------------------------------- 郭峰君的《狭义相对论“尺缩钟慢效应”错误大揭盖》已刊登在  http://www.xdlbj.com/bbs/dispbbs.asp?boardID=8&rootID=14889&ID=14889>,敬请广大相对论研究者批评指正。 |
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