11. Efecto Doppler.
La fórmula que descubrió Doppler es la siguiente:
Al alejarse el camión las ondas se separan y la frecuencia será menor.
En 1842, el físico austriaco Ch. J. Doppler interpretó y dió una formulación matemática a un curioso fenómeno que se puede observar en las ondas.
Este efecto, que era conocido con anterioridad, consiste en que la frecuencia con la que percibimos una onda es diferente de la original si existe un movimiento relativo entre la fuente de las ondas y el observador.
Es decir si tenemos por ejemplo una sirena de una ambulancia que se mueve respecto a nosotros, percibiremos cambios en su frecuencia al acercarse o alejarse de nosotros. Concretamente la frecuencia aumenta al acercarse y disminuye al alejarse
La explicación la puedes entender con el dibujo. Al acercarse el emisor a nosotros las ondas se juntan. La longitud de onda que percibimos es menor y por tanto la frecuencia será mayor.
Este cambio en la frecuencia depende de las velocidades de la onda y del emisor. Si la velocidad del emisor es muy pequeña el efecto es inapreciable. Si vamos andando y decimos cualquier cosa un observador que nos esté escuchando no va a notar diferencia alguna en el sonido al habitual.
Sí se nos acerca un coche de F-1 a 300 km/h la frecuencia que percibimos cambia apreciablemente si el coche se acerca o si se aleja. Recuerda retransmisiones de F1 para notar este efecto.
En el caso de la luz v=300000km/s las cosas cambian. Para notar algún cambio en la frecuencia de la luz el objeto que emite la onda debe tener una velocidad considerable.
Desde que Hubble en el siglo XX estudió la velocidad a la que se movían las galaxias, conocemos que el Universo se está expandiendo. Esto significa que en el Universo (a gran escala) todo se aleja respecto de todo, por lo que las galaxias cada vez se alejan más de otras (obviando los movimientos propios que tengan éstas que provocan que las cercanas puedan estar acercándose a nosotros).
Además, Hubble encontró que esta velocidad es proporcional a la distancia, por lo que cuanto más lejos esté una galaxia, más rápido se aleja de nosotros (para distancias cortas no es apreciable el efecto, ya que además de ser pequeño, es menor que las velocidades que puedan tener las galaxias de por sí).
Esto provoca que la luz que vemos de las galaxias lejanas una frecuencia menor que la esperable (desplazada hacia el rojo). Y cuanto más lejos esté, más desplazado al rojo veremos su luz, por lo que esto es, actualmente, el método más eficaz para obtener la distancia a las galaxias muy lejanas.
El efecto Doppler tiene actualmente una gran variedad de aplicaciones. Se puede utilizar para medir velocidades de líquidos empleando ultrasonidos. Un radar de tráfico emplea ondas electromagnéticas para medir la velocidad del coche comparando la onda original con la reflejada. En el espacio podemos medir velocidades de alejamiento de estrellas, velocidades de giro de estrellas una alrededor de otra, detección de agujeros negros etc.
Vídeo con el sonido de un camión de bomberos.
Vídeo de la serie Big Bang Theory.
Hasta un grupo de música trance doppler effect
Actividad 1:
Una ambulancia tiene una sirena que emite ondas de 1000 Hz. ¿Qué frecuencia percibiremos al acercarse a nosotros a la máxima velocidad? ¿Habría una velocidad a la que debería acercarse un avión para no poder oírlo?
Solución: 1100 Hz. Si la velocidad del avión es la velocidad del sonido no lo oiremos.
Actividad 2:
Como sabes hay una teoría científica que habla de un Universo en expansión a partir de una gran explosión inicial. En esta teoría las galaxias lejanas se alejan de nosotros a una velocidad de 0,95 veces la velocidad de la luz. ¿Qué ocurriría con la luz que percibimos de tales estrellas?.
La luz visible que proceda de estas estrellas disminuirá la frecuencia. La luz que debería ser azul se verá roja, y la luz roja será infraroja y por tanto invisible.