El efecto Doppler es un fenómeno ondulatorio caracterizado por el cambio de largoenonda o de frecuencia de una onda emitida por una fuente que se mueve en relación con un observador.
¿Qué es el efecto Doppler?
Está hechoDoppler es un fenómeno de ondas físicas que se produce cuando hay aproximación o eliminaciónrelativo entre una fuente de ondas y un observador. Este fenómeno ocurre porque el velocidadenpropagaciónenunoonda, sea lo que sea, depende exclusivamente de los medios por los que se propaga esta onda. Por lo tanto, incluso si la fuente de las ondas o el observador se mueven, la velocidad de propagación de la onda no cambiará. Sin embargo, habrá una variación en la longitud de onda y la frecuencia de la onda capturada por el observador.
LA velocidadenpropagación de cualquier onda, ya sea mecánica (sonido) o electromagnética (luz), mantiene una relación proporcional con su longitud de onda y con su frecuencia de oscilación. Mirar:
v - velocidad de propagación de ondas (m / s)
λ - longitud de onda (m)
F - frecuencia de oscilación (Hz os-1)
Imagínese la siguiente situación: una ambulancia con su sirena encendida viaja por una calle alejándose de un observador y que se acerca de otro observador. Mira la siguiente imagen:
Cómo la velocidad de propagación de las ondas sonoras Dependesolodelbastante (en este caso, el aire), el velocidadrelativo entre las ondas sonoras y ambos observadores será lo mismo, tanto en relación con el observador que empujar cuánto en relación con el observador que Acercarse de la fuente de las olas. De esta manera, para que la velocidad se mantenga constante para ambos observadores, ocurre cambios en el largoenonda (espacio requerido para que la onda complete una oscilación) y en su frecuencia. como son estas magnitudes inversamenteproporcional, se puede decir que:
El observador que ve la ambulancia alejándose escuchará un sonido con más grandelargoenonda y menorfrecuencia, por lo tanto, más grave;
El observador que ve la ambulancia que se acerca escuchará un sonido de más grandefrecuencia y menorlargoenonda, por lo tanto, más agudo.
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La imagen de arriba muestra una fuente de ondas sonoras en movimiento y la deformación que sufren los frentes de ondas sonoras emitidas.
¿Quién descubrió el efecto Doppler?
El efecto Doppler fue completamente descrito por el físico austriaco JohanncristianoDoppler, en 1842. La prueba experimental de este efecto fue hecha tres años más tarde por Buys Ballot. Para ello, Ballot llevó a cabo un curioso experimento en el que una banda emitía varias notas musicales encima de una locomotora en movimiento. Mientras tanto, un grupo de observadores grabaron las notas escuchadas según el muchas diferentesvelocidades Aproximación y salida del tren.
Fórmula del efecto Doppler
La fórmula general utilizada para calcular el cambio de frecuencia en el efecto Doppler se muestra a continuación:
F' - frecuencia observada (Hz)
F0 - frecuencia emitida (Hz)
v - velocidad de onda en el medio (m / s)
v0 - velocidad del observador (m / s)
vF- velocidad de la fuente de onda emisora (m / s)
Para usar la fórmula que se muestra arriba, es necesario saber si hay un espacio entre los fuente de onda es el observador. Para eso:
Usamos el firmar desde arriba tanto en el numerador (+) como en el denominador (-) si lo hay aproximación entre la fuente y el observador;
Usamos el señal baja tanto en el numerador (-) como en el numerador (+) si lo hay eliminación entre la fuente y el observador.
Efecto Doppler en medicina
El efecto Doppler se utiliza en medicina en diversas pruebas de imagen, como la ecocardiografía. En este examen se estudian las propiedades anatómicas del corazón en busca de anomalías en su funcionamiento. Para ello, se utiliza una fuente emisora de ultrasonidos (sonidos con una frecuencia superior a 20 000 Hz). Estos sonidos son absorbidos, refractados y reflejados por diferentes tejidos y flujo sanguíneo, que se comportan como una fuente secundaria de ondas reflejadas en movimiento. De esta forma, es posible mapear el bombeo de sangre, observar el reflujo sanguíneo, etc.
En la ecocardiografía Doppler, se capturan las ondas sonoras reflejadas por la sangre a medida que se aleja o se acerca a la fuente de ultrasonido.
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Efecto Doppler de luz
El efecto Doppler también se ve en ondas electromagnéticas como la luz. Como en el caso del sonido, la velocidad de la luz no depende de su observador, solo del medio en el que se propaga. Por lo tanto:
cuando hay aproximación entre la fuente de ondas electromagnéticas y un observador, este último notará un aumento en las frecuencias observadas y una disminución en la longitud de onda;
cuando hay eliminación entre la fuente de ondas electromagnéticas y un observador, el observador notará una disminución en las frecuencias observadas y un aumento en la longitud de onda.
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O Está hechoDopplerdaluz es un fenómeno ampliamente observado en Astronomía. La luz visible emitida por las estrellas se distribuye en una banda de frecuencia estrecha denominada espectro visible. Cuando vemos la luz emitida por estrellas en galaxias distantes, a menudo observamos aumentos en la frecuencia de la luz, llamados por los astrónomos como Cambio azúl, ya que la luz visible tiende a acercarse a la frecuencia del color azul. En los casos en que las estrellas se alejan de la Tierra, el fenómeno se denomina corrimiento al rojo.
Cuando una estrella se acerca al espectador a gran velocidad, su brillo parece volverse azulado; cuando te alejas, su brillo se vuelve rojizo.
Efecto Doppler en el radar de tráfico
Una de las aplicaciones del efecto Doppler son los radares de semáforo, que se utilizan para medir la velocidad de los vehículos automotores. Estos radares emiten un haz de luz cuya frecuencia está en el rango de infrarrojos. Luego, se mide el tiempo requerido para que el rayo regrese a la fuente. como es la velocidad de la luz constante, es posible medir la velocidad a la que la fuente secundaria reflectora de luz (vehículo) se mueve en cada momento, incluso a grandes distancias.
Los radares infrarrojos se utilizan para medir la velocidad instantánea de los vehículos.
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Resumen del efecto Doppler
El efecto Doppler aparece siempre que hay aproximación o salida entre una fuente de ondas mecánicas o electromagnéticas y un observador.
En el caso de aproximación, la frecuencia observada es mayor que la frecuencia emitida por la fuente.
En el caso de la distancia, la frecuencia observada es menor que la frecuencia emitida por la fuente.
Efecto Doppler - ejercicios
Un hombre parado al borde de un paso de peatones observa cómo se acerca una ambulancia a una velocidad de 20 m / s. Teniendo en cuenta que la ambulancia emite sonidos con una frecuencia igual a 2500 Hz, determine qué frecuencia escuchará el hombre.
Adoptar:
vSONAR = 340 m / s
Resolución
Según el ejercicio, la ambulancia se acerca al hombre, que está en reposo. Por lo tanto, usaremos solo los signos superiores de la fórmula del efecto Doppler, tanto en el denominador como en el numerador. Mirar:
En este ejercicio, como la velocidad del observador es nulo, usaremos v0 = 0. Entonces, reemplazando las otras variables, tenemos que:
Por lo tanto, durante el acercamiento de la ambulancia, el observador escuchará un sonido de tono más alto cerca del 2656 Hz.
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Por mí. Rafael Helerbrock
Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-efeito-doppler.htm
