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1、多普勒效应等声波的两个应用,一.多普勒效应等预报天气1.湿度预报2.强风预报 二.探险伴侣,多普勒效应预报天气,一般地,天气预报应包括以下几个方面: 温度的预报湿度的预报强风预报,对某个地区的温度的预报需要考虑到云层的厚度与运动情况,季节与常年的气候特征,地面的具体而复杂的情况等.多普勒效应只能应用于相对运动物体的情况,所以不能完成对温度的预报.但是,多普勒效应可以对其中的某些方面,比如风速和湿度作出短时间范围内的预测.,湿度的预报,为简单起见,我们假设在某个时空范围内,空气中的湿度是均匀的而且变化很小. 我们首先在实验室中比较精确地测定 不同温度和不同湿度下声波在空气中的传播速度,并建立数据
2、库P. -1 然后在某个城市中地面上的A点设置一个波源,并定时(比如每分钟)发出声波,并在250米左右的B点记录下声波,以此简单计算出地面的传播速度. -2,然后,在A,B上空100米处再次进行测量,可以预见此时的声波的传播速度会有所减小.在B处使接受器相对波源振动,并记录下相向运动时的相对波速.调节振动的振幅使得某时刻接受到的波速与地面测量值相等.记录下此时振动平衡位置的速度,对照原先的数据库P可以得到地面与上空的湿度变化情况.-3连续测量不同高度的相对湿度的变化情况,并对某个季节的每一天作好记录.这样就 有了第二个数据库Q.-4,这样,以后我们就可以仅凭几天的测量数据预测以后几天大概的空气
3、湿度情况. 当然,如果发现湿度持续上升,结合空气中的尘埃情况,可以预测雾的出现.如果是下雨天,空气中湿度接近饱和,就不需要预测.优点:在没有大型计算机的地方,可以这样半经验地进行预报.不会很精确,但是不会漏掉重大情况. 缺点:只适用于常年气候稳定的地区.,强风预报,由气象学的知识,我们知道强风的形成比较诡异,难以准确预测,但是造成的损失却非常的大. 如果我们能在强风突袭前半个小时就知道风的方向,强度,持续时间,那么就可以减少很多的不必要的损失. 我们从这次力学考试得到启发,可以利用声波的某些性质进行一些预警.,首先,我们在H城的东西南北各20公里四个 方向上设置一个装置.该装置内正向(比如东边
4、的装置朝东)设置了一个空室和一连串的不同频率的音叉,并分别与传感器相连.于是,强风 进入空洞后首先使音叉A共鸣,当空气在洞内静止下来后又使另一音叉B共振.假设风中声波的传播速度已知为V,于是:V=f(B)*V(A)=f(A)* f(A)和 f(B)是两个音叉的固有频率. 于是,就能得到风的速度为V(A)-V.,为了防止风向与装置的开口有夹角而造成比较大的误差,可以让装置以比较小的角速度旋转,并记录下一分钟内测量到的最大值.通过无线电向城市气象台发送. 我们假设强风的风速达到25m/s,那么人们就能得到13.3分钟的反应和应急时间.即使是50m/s的超强风,也有将近7分钟的避难时间. 为了使装置
5、始终在上风口,我们在四个方向都安装了.功能是相同的。,探险伴侣,现在很多人,特别是青年大学生,喜欢到处旅游探险.当去到一些河流或是山洞时,往往还没有弄明白水文或是洞内情况,就贸然地闯入. 据报道,每年都有很多的人因此丧生.如果有一个随身携带的器具能方便地测量水的深度和流速,山洞的深度等,可能会帮上很大的忙.,测量水文信息,对于一般的测量河流深度,用普通的方法就行:向水底发个波,再接收并计算.但是这个在探险中没有价值,因为要下的河常常并不很深. 而用声纳去测三五米的距离显然比较搞笑. 我们担心的是表面上很平静的河水下面,很可能是暗涛汹涌.这样的河流是绝对不能下的.那么,怎么判断呢?,因为我们只需
6、要知道是否有暗流,而对暗流的具体情况并不需要明了,所以我们把建立一个简单的模型:河流在某个纵向上流向相同,并且在同一层上的流速相同.,如图所示,将装置设计成棍状(探险中还可以当成手杖用),在棍上相距一米的地方开有两个小孔A和B,里边有两个声波源,在其上方分别放一个波的接受器C和D.C和D与手柄上的计算器相连. 当需要测量时,打开电源,波源开始工作,于是水流进入A出时,受到器壁的压力向上运动.由于AC距离很近,可以认为水流速度没有改变,于是从C处接受器上可以记录下声波的速度V1.在棍的后面设一小口方便水流出.,同样,我们可以测量D处的波速V2. 计算器负责计算波速差fabs(V1-V2),这就是水流的速度差. 如果加上一个小电路,可以在超过设定的速度差时自动报警. 将装置尽量水平放置,就可以测量出水中旋涡的强度等信息. 在山洞中的情况是类似的,而且还比较简单,就不赘述了。,学号:PB05000614 姓名:戴振海,
