EFECTO DOPPLER
El que la frecuencia de una onda cambie si hay un movimiento relativo entre la Fuente se conoce como efecto Doppler, llamado así en honor al físico austriaco que formuló este principio en 1842.
También es llamado a los fenómenos ondulatorios que ocurren cuando una fuente de ondas y un observador se encuentran en movimiento relativo. En el caso de ondas acústicas se observa que la frecuencia de la onda percibida por un observador y la frecuencia de la señal emitida por una fuente no es en general igual si la fuente, el observador o el medio poseen un movimiento relativo.
OBSERVADOR ACERCÁNDOSE A UNA FUENTE
Imaginemos que un observador O se mueve con una velocidad .
Sin embargo, no debemos olvidar que como la velocidad del medio no cambia, la longitud de onda será la misma.
Pero como mencionamos en la primera explicación, el observador al acercarse a la fuente oirá un sonido más agudo, esto implica que su frecuencia es mayor. A esta frecuencia mayor captada por el observador se la denomina frecuencia aparente, que la denominamos f'.
OBSERVADOR ALEJÁNDOSE DE UNA FUENTE
Analicemos el caso contrario: cuando el observador se aleja de la fuente, la velocidad será de manera superior usando el teorema de Pitágoras análoga
FUENTE ACERCÁNDOSE AL OBSERVADOR
En este caso la frecuencia aparente percibida por el observador será mayor que la frecuencia real emitida por la fuente, lo que genera que el observador perciba un sonido más agudo.
FUENTE ALEJÁNDOSE DEL OBSERVADOR
Cuando la fuente se acerque al observador se pondrá un signo (-) en el denominador, y cuando la fuente se aleje se reemplazará por (+).
Los signos
Si la fuente de sonido se aleja del observador el denominador es positivo, pero si se acerca es negativo.
Si el observador se aleja de la fuente el numerador es negativo, pero si se aproxima es positivo. Se puede dar el caso de numerador y denominador sean una suma, y también de numerador y denominador sean una resta.
EL EFECTO DOPPLER EN LA FÍSICA RELATIVISTA
En el caso de las ondas electromagnéticas, no se debe considerar el movimiento de la fuente y el del observador como cosas independientes porque esto no sería compatible con los postulados de la Teoría de la Relatividad de Einstein. Es decir, se debe deducir una fórmula que contenga sólo a la velocidad relativa. Además la velocidad de la fuente no podrá superar a la de propagación de la onda (c).
En resumen:
Efecto clásico
Mientras la onda avanza, el cuerpo se aleja del observador. El receptor capta tarde el próximo máximo y dirá que el período es más largo, la frecuencia es menor y la longitud de onda mayor.
Efecto relativista
El movimiento tiene similar efecto sobre la frecuencia pero la velocidad de propagación de la onda es mayor que la del cuerpo. Como esa velocidad es constante, el cambio de frecuencia depende de la relación de velocidades. (Conocida la razón de dos magnitudes y el valor de una de ellas, se conoce su diferencia.)
EJEMPLO
Un observador se mueve a una velocidad de 42 m/s hacia un trompetista en reposo. El trompetista está tocando (emitiendo) la nota La (440 Hz). ¿Qué frecuencia percibirá el observador, sabiendo que
Solución: Si el observador se acerca hacia la fuente, implica que la velocidad con que percibirá cada frente de onda será mayor, por lo tanto la frecuencia aparente será mayor a la real (en reposo). Para que esto ocurra debemos aplicar el signo (+) en la ecuación.
En este caso particular, el trompetista emite la nota La a 440 Hz; sin embargo, el observador percibe una nota que vibra a una frecuencia de 494,353 Hz, que es la frecuencia perteneciente a la nota Si. Musicalmente hablando, el observador percibe el sonido con un tono más agudo del que se emite realmente.
REFERENCIAS
Procuren que las imágenes y videos sean hechos por ustedes; no olviden incluir las referencias de consulta. :)
ResponderEliminar