Efecto Doppler
Christian Andreas Doppler
Matemático y físico austríaco que nació el 29 de noviembre de 1803 en Venecia, dentro de una familia austriaca de albañiles establecidos en Salzburgo. Debido a algunos problemas de salud, no pudo seguir la tradición familiar y comenzó sus estudios en física y matemáticas en Viena y Salzburgo. En 1841 comenzó a impartir clases de estas materias en la Universidad de Praga.
Su carrera como investigador en Praga fue interrumpida por la revolución de marzo de 1848 y Doppler tuvo que dejar la ciudad trasladándose a Viena. En 1850 fue nombrado director del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Viena pero su siempre frágil salud comenzó a deteriorarse. Falleció de una enfermedad pulmonar.
Doppler dio origen a esta idea en 1842. El pensaba que las ondas de sonido podrían acercarse entre sí, si la fuente del sonido se movía en dirección al receptor. Así mismo, pesó que las ondas se alejarían, si la fuente del sonido se alejaba del receptor.
El cambio de altura se llama en Física "desplazamiento de la frecuencia" de las ondas sonoras.
Una fuente emisora de ondas sonoras que se aproxima, se acerca al observador durante el período de la onda. Y, dado la longitud de la onda se acorta y la velocidad de propagación de la onda permanece sin cambios, el sonido se percibe más alto. Por esta misma razón, la altura de una fuente que se aleja, se reduce.
El Efecto Doppler se observa en ondas de todo tipo (ondas sonoras, ondas electromagnéticas, etc.).
Cuando la fuente de ondas y el observador están en movimiento relativo, la frecuencia de las ondas observadas es distinta a la frecuencia de las ondas emitidas.
Si el observador se aproxima a la fuente por la derecha notará una longitud de onda aún menor (o una mayor frecuencia) y lo contrario advertirá si se aleja de la fuente.
Si el emisor emite ondas sonoras, el sonido escuchado por el observador situado a la derecha del emisor, será más agudo y el sonido escuchado por el observador situado a la izquierda será más grave. En otras palabras, cuando el emisor se acerca al observador, éste escucha un sonido más agudo, cuando el emisor se aleja del observador, éste escucha un sonido más grave.
En pocas palabras:
¿Qué es el efecto Doppler?
El efecto Doppler establece el cambio de frecuencia de un sonido de acuerdo al movimiento relativo entre la fuente del sonido y el observador. Este movimiento puede ser de la fuente, del observador o de los dos. Diríamos que el efecto Doppler asume la frecuencia de la fuente como una constante pero lo escuchado depende de las velocidades de la fuente y del observador.
La frecuencia que percibirá el observador se puede hallar de la siguiente relación:
Donde :
los velocidades vo y vf son positivas si hay acercamiento y son negativas si se alejan.
Ejemplos de efecto doppler
Si uno está cerca de la vía del ferrocarril y escucha el silbato del tren al aproximarse, se advierte que el tono del silbido es más alto que el normal que se escucha cuando el tren está detenido. A medida que el tren se aleja, se observa que el tono que se escucha es más bajo que el normal.
En forma similar, en las pistas de carreras, el sonido de los automóviles que se acercan a la gradería es considerablemente más alto en tono que el sonido de los autos que se alejan de la gradería.
Si la fuente de sonido está fija, un oyente que se mueva hacia la fuente observará un aumento similar en el tono. Un oyente que se aleja de la fuente de sonido escuchará un sonido de menor tono.
Todos hemos notado que la altura (característica de un sonido) de la sirena de una ambulancia que se aproxima se reduce bruscamente cuando la ambulancia pasa al lado nuestro para alejarse.
Cuando la ambulancia se acerca, las ondas provenientes de la sirena se comprimen, es decir, el tamaño de las ondas disminuye, lo cual se traduce en la percepción de una frecuencia o altura mayor. Cuando la ambulancia se aleja, las ondas se separan en relación con el observador causando que la frecuencia observada sea menor que la de la fuente.
El emisor está en reposo (vE=0)
| Se dibujan los sucesivos frentes de ondas que son circunferencias separadas una longitud de onda, centradas en el emisor. El radio de cada circunferencia es igual al producto de la velocidad de propagación por el tiempo transcurrido desde que fue emitido. La separación entre dos frentes de onda es una longitud de onda, l=vsP, siendo P el periodo o tiempo que tarda en pasar dos frentes de onda consecutivos por la posición del observador. |
- La longitud de onda medida por el emisor y por el observador es la misma, una unidad, lE=lO=1.
Cuando el emisor está en movimiento (vE
Consideramos primero el caso de que la velocidad del emisor vE sea menor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (vE<1).
Como l =vP, o bien l =v/f , hay una relación inversa entre longitud de onda l y la frecuencia f.
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Si el emisor emite ondas sonoras, el sonido escuchado por el observador situado a la derecha del emisor, será más agudo y el sonido escuchado por el observador situado a la izquierda será más grave. En otras palabras, cuando el emisor se acerca al observador, éste escucha un sonido más agudo, cuando el emisor se aleja del observador, éste escucha un sonido más grave.
Cuando el emisor está en movimiento (vE=vs)
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| Cuando la velocidad del emisor vE sea igual que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (vE=1), la longitud de onda medida por el observador situado a la derecha del emisor es cero. Si el emisor es un avión que va a la velocidad del sonido, los sucesivos frentes de las ondas emitidas se agrupan en la punta o morro del avión. |
Cuando el emisor está en movimiento (vE>vs)
Cuando la velocidad del emisor vE sea mayor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (vE>1), el movimiento ondulatorio resultante es entonces una onda cónica (la envolvente de los sucesivos frentes de onda es un cono con el vértice en el emisor), esta onda se llama onda de Mach u onda de choque, y no es más que el sonido repentino y violento que oímos cuando un avión supersónico pasa cerca de nosotros. Estas ondas se observan también en la estela que dejan los botes que se mueven con mayor velocidad que las ondas superficiales sobre el agua.
La envolvente, es la recta tangente común a todas las circunferencias. En el espacio, los frentes de onda son esferas y la envolvente es una superficie cónica.
| En el instante t=0, el emisor se encuentra en B, emite una onda que se propaga por el espacio con velocidad vs. En el instante t el emisor se encuentra en O, y se ha desplazado vE·t, En este instante, el frente de onda centrado en B tiene una radio vs·t. En el triángulo rectángulo OAB el ángulo del vértice es sen θ=vE/vs. Este cociente se denomina número de Mach. |
Videos:
http://www.youtube.com/watch?v=-t63xYSgmKE&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=iN3fO5l4Rww
http://www.youtube.com/watch?v=Man9ulEYSgk
