EFECTO DOPPLER

EFECTO DOPPLER

1. SIGNIFICADO

   • El efecto Doppler, llamado así por el físico austriaco Christian Andreas Doppler, es el cambio de frecuencia aparente de una onda producido por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador.

2. EJEMPLOS

   • La velocidad de una ambulancia (50 km/h) puede parecer insignificante respecto a la velocidad del sonido al nivel del mar (unos 1235 km/h), sin embargo, se trata de aproximadamente un 4 % de la velocidad del sonido, fracción suficientemente grande como para provocar que se aprecie claramente el cambio del sonido de la sirena desde un tono más agudo a uno más grave, justo en el momento en que el vehículo pasa al lado del observador.
   • En el caso del espectro visible de la radiación electromagnética, si el objeto se aleja, su luz se desplaza a longitudes de onda más largas, produciéndose un corrimiento hacia el rojo. Si el objeto se acerca, su luz presenta una longitud de onda más corta, desplazándose hacia el azul. Esta desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias

3. DESCUBRIMIENTO

   • Doppler propuso este efecto en 1842 en su tratado Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels (Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros).El científico neerlandés Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot investigó esta hipótesis en 1845 para el caso de ondas sonoras y confirmó que el tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que si la fuente se aleja.​ Hippolyte Fizeau descubrió independientemente el mismo fenómeno en el caso de ondas electromagnéticas en 1848. En Francia este efecto se conoce como «efecto Doppler-Fizeau»4​ y en los Países Bajos como «efecto Doppler-Gestirne». En Gran Bretaña, John Scott Russell hizo un estudio experimental del efecto Doppler (1848).

4. Situación estacionaria, subsónica, sónica y supersónica.

   • Situacion estacionaria
     • Una fuente de audio fija produce ondas de sonido a una frecuencia constante f, y los frentes de onda se propagan de forma simétrica alejándose de la fuente a una velocidad constante c. La distancia entre los frentes de onda es la longitud de onda. Todos los observadores escucharán la misma frecuencia, que será igual a la frecuencia real de la fuente donde f = f0
   • Situacion subsonica
     • La misma fuente de sonido está irradiando ondas de sonido a una frecuencia constante en el mismo medio. Sin embargo, ahora la fuente de sonido se mueve con una velocidad de υs = 0.7 c (Mach 0,7). Puesto que la fuente está en movimiento, el centro de cada nuevo frente de onda está ligeramente desplazado a la derecha. Como resultado, los frentes de ondas comienzan a acumularse en el lado derecho (por delante) y quedan más distanciados en el lado izquierdo (detrás) de la fuente. Un observador frente a la fuente escuchará una frecuencia más alta: f = c + 0 c - 0.7c f0 = 3.33 f0 y un observador detrás de la fuente escuchará una frecuencia más baja: f = c - 0 c + 0.7c f0 = 0.59 f0 .
   • Situacion sonica
     • Ahora la fuente se está moviendo a la velocidad del sonido en el medio (υs = c, (es decir, a Mach 1). Los frentes de onda enfrente de la fuente están ahora todos acumulados en el mismo punto. Como resultado, un observador enfrente de la fuente no detectará nada hasta que la fuente llegue a su posición f = c + 0 c - c f0 = ∞ y un observador detrás de la fuente escuchará una frecuencia más baja f = c - 0 c + c f0 = 0.5 f0 .
   • Situacion supersonica
     • La fuente de sonido ya ha superado la velocidad del sonido en el medio, y se desplaza a 1,4 c (Mach 1.4). Puesto que la fuente se está moviendo más rápido que las ondas de sonido que crea, lo que realmente hace es dirigir el frente de ondas a medida que avanza. La fuente de sonido pasará ante un observador en reposo antes de que el observador oiga el sonido. Como resultado, un observador situado enfrente de la fuente percibirá: f = c + 0 c - 1.4c f0 = -2.5 f0 y un observador detrás de la fuente escuchará una frecuencia más baja: f = c - 0 c + 1.4c f0 = 0.42 f0 .

5. APLICACIONES

   • Comunicaciones por satélite
     • Los satélites se mueven muy rápidamente y pueden tener un desplazamiento Doppler de decenas de kilohercios respecto a una estación terrestre. La velocidad de los satélites, de la que depende la magnitud del efecto Doppler, sufre cambios debido a la curvatura de la Tierra. Para evitar este problema se ha ideado la compensación Doppler dinámica, mediante la que se modifica la frecuencia de la señal varias veces durante la transmisión, de forma que el satélite reciba una señal de frecuencia constante.
   • Biología del desarrollo
     • Durante la segmentación de los embriones de los vertebrados, el proceso de expresión genética produce una serie de ondas de barrido a través del mesodermo presomítico, el tejido del que se forman los precursores de los vertebrados (somitas). Un nuevo somita se forma a la llegada de una onda al final anterior del mesodermo presomítico. En el pez cebra, se ha demostrado que el acortamiento del mesodermo presomítico durante la segmentación produce un efecto Doppler que a través de las ondas orienta los movimientos del tejido del extremo anterior. Este efecto Doppler contribuye al control del período de segmentación.
   • Astronomía
     • El efecto Doppler sobre las ondas electromagnéticas como la luz es de gran utilidad en astronomía, y se manifiesta en los denominados corrimiento al rojo o corrimiento al azul. Se ha utilizado para medir la velocidad a la que estrellas y galaxias están acercándose o alejándose de la Tierra; es decir, sus velocidades radiales.
   • Radar
     • El efecto Doppler se utiliza en algunos tipos de radar, para medir la velocidad de los objetos detectados. Un haz de radar se dispara a un blanco móvil (por ejemplo, un automóvil, como en el uso que hace la policía del radar para detectar la velocidad de los vehículos) a medida que se acerca o se aleja de la fuente de radar.
   • Audio
     • El Leslie speaker, comúnmente asociado con los populares órganos Hammond, utiliza el efecto Doppler mediante el uso de un motor eléctrico que hace girar una bocina acústica alrededor de un altavoz, haciendo rotar 360° la orientación del sonido con cada vuelta. Esto se traduce en el oído humano en que las frecuencias fluctúan rápidamente para cada nota del teclado.

6. ELABORADO POR JOSE LUIS CHAVEZ GONZALEZ 6ªC

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