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对“杨红新实验”结果的预测
[楼主] 作者:deqiangguo  发表时间:2006/12/24 14:00
点击:299次

对“杨红新实验”结果的预测
看过“杨红新实验”的实验原理图示和实验仪器照片后,对该实验我自以为基本搞明白了。
我相信以下结果是真实的,对否请杨先生判决:
1、无论实验装置相对于地面处于静止或匀速直线运动状态,接收器接收的超声波频率都与发射器发射的超声波频率保持一致。
2、在整个实验过程中,超声波的波长和声速也未受到实验装置的运动状态的影响,尽管没有实验数据。
3、当实验装置的运动方向与超声波的传播方向一致时,由于受到空气流动的影响,所以接收器接收到首个超声波信号的时间间隔长于实验装置处于静止时的时间间隔,即彼此之间存在时间差。反之则短。
4、如果将整个实验装置完全封闭起来,则3中所提的时间差消失。如果将接收器和发射器的外侧用两块平板分别挡住,则3中所提的时间差将缩小。
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 [2楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/12/24 18:10 

没错,是这样

是这个意思,事实也确实如此,

不过对你的第2点再说明一下:
波长还是改变了,但由于“相对速度”也改变了,
所以频率或周期都没有改变,还是以光为例吧:
先考虑光源和观察者都相对地球静止的情况:
真空中:f=c/λ
介质中:f=(c/n)/λ=(c/n)/(c/n)T = 1/T = f
即:虽然光速减慢为(c/n),但是由于周期T不变,
所以波长λ=(c/n)T也同样缩短了,所以频率f仍保持不变,

再考虑光源和观察者同速v相对地球运动的情况(v与c同方向):
真空中:
发射频率:f=(c-v)/λ=(c-v)/(c-v)T = 1/T = f,
接收测量周期:T=λ/(c-v) = (c-v)T/(c-v) = T,
介质中:
只是考虑到折射率n和拖动系数k=1-1/nn,方法和结果都是一样的,
即:当光源与观察者之间没有相对运动时,频移为零,

 

 

[楼主]  [3楼]  作者:deqiangguo  发表时间: 2006/12/24 19:55 

yangxh:您测出相对波长和相对声速各是多少了吗?
对“杨红新实验”结果的预测
 [4楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/12/25 11:49 

你还真是认真呀,呵呵

这主要是个定性的实验,证明一下声速具有相对性,
另外也为理解光的sagnac时差做一个类比,
由于现在确实很少有人怀疑声速具有相对性,
所以感觉没有必要过于认真的做定量分析,
既然现在提出这个问题,不妨粗略计算一下:
声速u=340米/秒,
电动车速度v=30公里/小时=8.3米/秒,
相对声速V=u+v=340+8.3= 348.3米/秒,

静止时:
L=985mm=0.985米,
u=340米/秒,
t=L/u = 0.985/340 = 0.002897秒,

运动时(v与u方向相反):
t=L/(u+v)= 0.985/(340+8.3)= 0.002828秒,
ΔL=vt= 8.3 * 0.002828 = 0.0234724米 = 2.3厘米,
即“声尺”的长度缩短了2.3厘米,
运动中实测的“声尺”长度是98.5-2.3=96.2厘米左右,

这里声速u=340米/秒只能是近似值,
尺长L也是近似1米(减去两个超声头的长度),
不过不管怎么说,关键是观察尺长度L的变化量,
测量得到的ΔL确实是2厘米左右,
即:
v与u方向相反时,缩短2厘米左右,
v与u方向相同时,加长2厘米左右,

相对波长无法测量,只能从声波的频率f不变和相对声速V=u+v,
求得相对波长为:
λ=V/f=(u+v)/f
即这个相对波长λ比原波长u/f加长了(v与u方向相反),

现在简单的超声波测距装置网上有不少,
也就100多元吧,可以自己买一个改装一下,
关键是选择发射头与接收头分开的(有些是收、发用的同一个头,),
这样只要简单的把两个头取下,用屏蔽线连接到原来焊接位置,
固定在木杆的两端就可以了,
不过要注意数字显示的读数只有木杆长度的一半,
一般数字显示到小数点后面两位,即距离测量精确到厘米,


[楼主]  [5楼]  作者:deqiangguo  发表时间: 2006/12/25 18:30 

杨兄:请您认真思考一下!
假设绝对声速u=340米/秒,发射器发射的声波频率f=40000Hz,可知发射器发射的声波波长L=0.0085米。在您所设计的实验中,如果发射器与接收器之间的距离S=1米,那么经过时间间隔t=1/340秒,您认为发射器连续发射出的约117.65个完整波形在空间是如何分布的?
 [6楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/12/26 13:24 

不太明白了

这个不太明白了,怎么分布的?
如果静止时的波长L=0.0085米,
那么在1/340秒时间间隔内,
这117.65个完整波形当然就沿1米长度分布了?

不太明白你的意思呀?

需要说明一下,既然是超声波测距装置,
一般所说的“声脉冲”宽度当然不会这么宽了,
具体多宽不清楚,一般估计也就是数个声周波吧,
即声脉冲宽度约为:5*0.0085米=4厘米左右,
其实在计时触发电路(开始和停止计时)里,
总是用整形后的方波前跳延微分脉冲作为触发信号的,






[楼主]  [7楼]  作者:deqiangguo  发表时间: 2006/12/26 13:49 

简而言之:"杨红新实验"不清楚相对波长!是吧,杨兄?
对“杨红新实验”结果的预测
 [8楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/12/26 18:30 

其实没有“相对波长”的概念?

测量的是相对声速,不是相对波长,
而且应该说长度没有相对的概念,
由于光源相对空气运动,所以波长肯定是改变了,
波长---两个波峰或波密之间的距离,无所谓相对谁?

波长增加,相对速度增加,接收周期不变,
波长缩短,相对速度减慢,接收周期不变,


 

[楼主]  [9楼]  作者:deqiangguo  发表时间: 2006/12/26 18:51 

杨兄:您好!
请您利用 声速=波长*频率 这个公式套一下,在频率不变的条件下,波长是如何随着相对声速的变化而变化的.
 [10楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/12/26 20:21 

基本的物理规律是:L=vt,

类似的有:
波长L=波速V*周期T,
现在波速是V=u-v,周期T不变,
所以波长变为:L=(u-v)T,
即:
相对声速(u-v)=L/T = L*f

如果不放心,可以把L=(u-v)T代入检验:
得:(u-v)= L*f =  [(u-v)T] *f
得:1=T*f
等式成立吧?


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