Cos'è l'effetto Doppler?

L'effetto Doppler è un fenomeno ondulatorio caratterizzato dal cambiamento di lunghezzanelonda o da frequenza di un'onda emessa da una sorgente che si muove rispetto a un osservatore.

Cos'è l'effetto Doppler?

È fattoDoppler è un fenomeno di onde fisiche che si verifica quando c'è approssimazione o rimozioneparente tra una sorgente d'onda e un osservatore. Questo fenomeno si verifica perché il velocitànelpropagazionenelunoonda, qualunque essa sia, dipende esclusivamente dai mezzi con cui questa onda si propaga. Quindi, anche se la sorgente delle onde o l'osservatore si muove, la velocità di propagazione dell'onda non cambierà. Tuttavia, ci sarà una variazione nella lunghezza d'onda e nella frequenza dell'onda catturata dall'osservatore.

IL velocitànelpropagazione di qualsiasi onda, sia essa un'onda meccanica (suono) o un'onda elettromagnetica (luce), mantiene un rapporto proporzionale con la sua lunghezza d'onda e con la sua frequenza di oscillazione. Orologio:

v – velocità di propagazione dell'onda (m/s)
λ – lunghezza d'onda (m)
f – frequenza di oscillazione (Hz o s^-1)

Immagina la seguente situazione: un'ambulanza con la sua sirena accesa percorre una strada allontanarsi di un osservatore e si avvicina da un altro osservatore. Guarda l'immagine qui sotto:

Come la velocità di propagazione delle onde sonore Dipendesolodiabbastanza (in questo caso, l'aria), il velocitàparente tra le onde sonore ed entrambi gli osservatori sarà lo stesso, sia in relazione all'osservatore che spingere via quanto in relazione all'osservatore che approccio della sorgente delle onde. In questo modo, affinché la velocità rimanga costante per entrambi gli osservatori, si verificano i cambiamenti al lunghezzanelonda (spazio necessario all'onda per completare un'oscillazione) e nel suo frequenza. come sono queste grandezze? inversamenteproporzionale, si può dire che:

• L'osservatore che vede l'ambulanza allontanarsi sentirà un suono con più grandelunghezzanelonda e più piccolofrequenza, quindi, più grave;

• L'osservatore che vede l'ambulanza si avvicina sentirà un suono di più grandefrequenza e più piccololunghezzanelonda, quindi, più acuto.

Vedi anche: Onde sonore

L'immagine sopra mostra una sorgente di onde sonore in movimento e la deformazione subita dai fronti d'onda sonori emessi.

Chi ha scoperto l'effetto Doppler?

L'effetto Doppler è stato ampiamente descritto dal fisico austriaco JohanncristianoDoppler, nel 1842. La prova sperimentale di questo effetto fu fatta tre anni dopo da Buys Ballot. Per questo, Ballot effettuò un curioso esperimento in cui una banda emetteva diverse note musicali sopra una locomotiva in movimento. Nel frattempo, una serie di osservatori ha registrato le note udite secondo il tante differentivelocità avvicinamento e partenza dal treno.

Formula Effetto Doppler

La formula generale utilizzata per calcolare la variazione di frequenza nell'effetto Doppler è mostrata di seguito:

f' – frequenza osservata (Hz)
f₀ – frequenza emessa (Hz)
v – velocità dell'onda nel mezzo (m/s)
v₀ – velocità dell'osservatore (m/s)
v_F– velocità della sorgente d'onda emittente (m/s)

Per utilizzare la formula mostrata sopra, è necessario sapere se c'è un divario tra il sorgente d'onda è il osservatore. Per questo:

• Noi usiamo il segno dall'alto sia al numeratore (+) che al denominatore (-) se presente approssimazione tra la sorgente e l'osservatore;

• Noi usiamo il segnale basso sia al numeratore (-) che al numeratore (+) se presente rimozione tra la sorgente e l'osservatore.

Effetto Doppler in medicina

L'effetto Doppler è utilizzato in medicina in diversi test di imaging, come l'ecocardiografia. In questo esame vengono studiate le proprietà anatomiche del cuore alla ricerca di anomalie nel suo funzionamento. Per questo, viene utilizzata una sorgente di emissione di ultrasuoni (suoni con una frequenza superiore a 20 000 Hz). Questi suoni vengono assorbiti, rifratti e riflessi da diversi tessuti e dal flusso sanguigno, che si comportano come una fonte secondaria di onde riflesse in movimento. In questo modo è possibile mappare il pompaggio del sangue, osservare il reflusso sanguigno, ecc.

Nell'ecocardiografia Doppler, vengono catturate le onde sonore riflesse dal sangue mentre si allontana o si avvicina alla sorgente degli ultrasuoni.

Guardaanche: Diagnostica per effetto Doppler

Effetto Doppler chiaro

L'effetto Doppler si vede anche nelle onde elettromagnetiche come la luce. Come nel caso del suono, la velocità della luce non dipende dal suo osservatore, ma solo dal mezzo in cui si propaga. Perciò:

• quando c'è approssimazione tra la sorgente di onde elettromagnetiche e un osservatore, quest'ultimo noterà un aumento delle frequenze osservate e una diminuzione della lunghezza d'onda;

• quando c'è rimozione tra la sorgente di onde elettromagnetiche e un osservatore, l'osservatore noterà una diminuzione delle frequenze osservate e un aumento della lunghezza d'onda.

Vedi anche:Il colore e la frequenza della luce

oh È fattoDopplerdàleggero è un fenomeno ampiamente osservato in Astronomia. La luce visibile emessa dalle stelle è distribuita in una stretta banda di frequenza chiamata spettro visibile. Quando vediamo la luce emessa dalle stelle in galassie lontane, spesso osserviamo aumenti di frequenza della luce, chiamati dagli astronomi come spostamento verso il blu, poiché la luce visibile tende ad avvicinarsi alla frequenza del colore blu. Nei casi in cui le stelle si allontanano dalla Terra, il fenomeno si chiama spostamento verso il rosso.

Quando una stella si avvicina allo spettatore ad alta velocità, la sua luminosità sembra diventare bluastra; quando ti allontani, il suo bagliore diventa rossastro.

Effetto Doppler sul radar del traffico

Una delle applicazioni dell'effetto Doppler è nei radar semaforici, utilizzati per misurare la velocità dei veicoli automobilistici. Questi radar emettono un raggio di luce la cui frequenza è nell'intervallo dell'infrarosso. Quindi, viene misurato il tempo necessario affinché il raggio ritorni alla sorgente. com'è la velocità della luce? costante, è possibile misurare la velocità con cui la sorgente fotoriflettente secondaria (veicolo) si muove in ogni istante, anche a grandi distanze.

I radar a infrarossi vengono utilizzati per misurare la velocità istantanea dei veicoli.

Guardaanche: Espansione dell'universo

Riepilogo dell'effetto Doppler

• L'effetto Doppler appare ogni volta che c'è avvicinamento o partenza tra una sorgente di onde meccaniche o elettromagnetiche e un osservatore.

• In caso di approssimazione, la frequenza osservata è maggiore della frequenza emessa dalla sorgente.

• Nel caso della distanza, la frequenza osservata è inferiore alla frequenza emessa dalla sorgente.

Effetto Doppler - esercizi

Un uomo in piedi sul bordo di un passaggio pedonale osserva un'ambulanza che si avvicina a una velocità di 20 m/s. Considerando che l'ambulanza emette suoni con una frequenza pari a 2500 Hz, determinare quale frequenza sarà udita dall'uomo.

Adottare:

v_SUONO = 340 m/s

Risoluzione

Secondo l'esercizio, l'ambulanza si sta avvicinando all'uomo, che è a riposo. Utilizzeremo quindi solo i segni superiori della formula dell'effetto Doppler, sia al denominatore che al numeratore. Orologio:

In questo esercizio, poiché la velocità dell'osservatore è nullo, useremo v₀ = 0. Quindi, sostituendo le altre variabili, dobbiamo:

Pertanto, durante l'avvicinamento dell'ambulanza, l'osservatore sentirà un suono acuto vicino al 2656 Hz.

Guardaanche: Altri esercizi sull'effetto Doppler
Di Me. Rafael Helerbrock 

Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-efeito-doppler.htm