El efecto Doppler es un cambio en la longitud y frecuencia de las ondas registradas por un receptor, lo que provoca el movimiento de su fuente o del propio receptor. El efecto recibió este nombre en honor a Christian Doppler, quien lo descubrió. La hipótesis fue probada más tarde mediante un método experimental por el científico holandés Christian Ballot, quien colocó una banda de música en un vagón de ferrocarril abierto y reunió a un grupo de los músicos más talentosos en el andén. Cuando un carruaje con una orquesta pasó junto al andén, los músicos tocaron una nota y los oyentes escribieron en un papel lo que escucharon. Como era de esperar, la percepción del tono dependía directamente de , como indica la ley de Doppler.
Acción del efecto Doppler
Este fenómeno se explica de forma bastante sencilla. El tono audible de un sonido se ve afectado por la frecuencia de la onda sonora que llega al oído. Cuando una fuente de sonido se mueve hacia una persona, cada onda posterior llega cada vez más rápido. El oído percibe las ondas con mayor frecuencia, lo que hace que el sonido parezca más agudo. Pero a medida que la fuente sonora se aleja, las ondas posteriores se emiten un poco más lejos y llegan al oído más tarde que las anteriores, por lo que el sonido se siente más bajo.
Este fenómeno ocurre no solo durante el movimiento de la fuente de sonido, sino también durante el movimiento de una persona. Al “correr” hacia una ola, una persona cruza sus crestas con más frecuencia, percibiendo el sonido más alto y alejándose de la ola, viceversa. Por tanto, el efecto Doppler no depende del movimiento de la fuente de sonido o de su receptor por separado. La percepción del sonido correspondiente se produce a medida que se mueven entre sí, y este efecto es característico no solo de las ondas sonoras, sino también de la luz y la radiación radiactiva.
Aplicación del efecto Doppler
El efecto Doppler nunca deja de ser extremadamente papel importante en diversos campos de la ciencia y la actividad humana. Con su ayuda, los astrónomos pudieron descubrir que el universo se expande constantemente y las estrellas "huyen" unas de otras. Además, el efecto Doppler le permite determinar los parámetros de movimiento. astronave y planetas. También constituye la base para el funcionamiento de los radares que utilizan los agentes de la policía de tránsito en los automóviles. Se utiliza el mismo efecto. especialistas médicos, que utilizan un dispositivo de ultrasonido para distinguir las venas de las arterias durante las inyecciones.
Es posible que hayas notado que el tono de la sirena de un camión de bomberos, que se mueve a gran velocidad, desciende bruscamente después de que el vehículo te pasa. Es posible que también hayas notado un cambio en el tono de la señal de un automóvil que pasa a gran velocidad.
El tono del motor de un coche de carreras también cambia cuando pasa junto a un observador. Si una fuente de sonido se acerca al observador, el tono del sonido aumenta en comparación con cuando la fuente de sonido estaba en reposo. Si la fuente del sonido se aleja del observador, entonces el tono del sonido disminuye. Este fenómeno se llama efecto Doppler y ocurre en todo tipo de ondas. Consideremos ahora las razones de su aparición y calculemos el cambio en la frecuencia de las ondas sonoras debido a este efecto.
Arroz. 1
Consideremos, para propósitos concretos, un camión de bomberos cuya sirena, cuando el vehículo está parado, emite un sonido de cierta frecuencia en todas direcciones, como se muestra en la Fig. 1. Ahora deja que el camión de bomberos comience a moverse y la sirena continúa emitiendo ondas sonoras a la misma frecuencia. Sin embargo, mientras se conduce, las ondas sonoras emitidas por la sirena hacia adelante estarán más juntas que si el automóvil no estuviera en movimiento, como se muestra en la Fig. 2. 
arroz. 2
Esto sucede porque, durante su movimiento, el camión de bomberos “alcanza” las ondas emitidas anteriormente. Así, un observador a lo largo del camino notará numero mayor crestas de onda que pasan por él por unidad de tiempo y, por lo tanto, para él la frecuencia del sonido será mayor. Por otro lado, las ondas que se propagan detrás del coche estarán más alejadas entre sí, ya que el coche parece “separarse” de ellas. En consecuencia, por unidad de tiempo, un observador detrás del automóvil pasará menos crestas de onda y el tono del sonido será más bajo.
Para calcular el cambio de frecuencia utilizamos la Fig. 3 y 4. Supondremos que en nuestro marco de referencia el aire (u otro medio) está en reposo. En la Fig. 3 La fuente de sonido (por ejemplo, una sirena) está en reposo. 
Se muestran dos crestas de ondas sucesivas, una de ellas recién emitida por la fuente de sonido. La distancia entre estas crestas es igual a la longitud de onda. λ
. Si la frecuencia de vibración de la fuente de sonido es F, entonces el tiempo transcurrido entre la emisión de las crestas de las olas es igual a T = 1/f.
En la Fig. 4 la fuente de sonido se mueve a gran velocidad fuente. Durante t(se acaba de determinar) la primera cresta de la ola recorrerá la distancia d = vT, Dónde v− la velocidad de la onda sonora en el aire (que, por supuesto, será la misma independientemente de si la fuente se mueve o no). Durante el mismo tiempo, la fuente de sonido se moverá una distancia d fuente = v fuente T. Entonces la distancia entre crestas de ondas sucesivas es igual a la nueva longitud de onda λ /
, se escribirá en la forma
λ / = d − d fuente = (v − v fuente)T = (v − v fuente)/f,
porque el T= 1/f.
Frecuencia F/ ondas está dada por
f / = v/λ / = vf/(v − v fuente),
o 
La fuente sonora se acerca al observador en reposo.
Como el denominador de la fracción es menor que uno, tenemos f/>f. Por ejemplo, si una fuente produce sonido en una frecuencia 400Hz, cuando está en reposo, luego cuando la fuente comienza a moverse hacia el observador parado, con una velocidad 30m/s, este último escuchará un sonido a una frecuencia (a una temperatura 0 ºC) 440Hz.
Nueva longitud de onda para una fuente que se aleja del observador a gran velocidad fuente, será igual
λ / = d + d fuente
En este caso, la frecuencia F/ viene dada por la expresión 
La fuente sonora se aleja del observador en reposo.
El efecto Doppler también ocurre cuando la fuente de sonido está en reposo (en relación con el medio en el que se propagan las ondas sonoras) y el observador está en movimiento. Si un observador se acerca a una fuente de sonido, oye un sonido de tono más alto que el emitido por la fuente. Si el observador se aleja de la fuente, entonces el sonido le parece más bajo. Cuantitativamente, el cambio de frecuencia aquí difiere poco del caso cuando la fuente se mueve y el observador está en reposo. En este caso, la distancia entre las crestas de las olas (longitud de onda λ
) no cambia, pero sí cambia la velocidad de movimiento de las crestas en relación con el observador. Si el observador se acerca a la fuente de sonido, entonces la velocidad de las ondas en relación con el observador será igual a v / = v + v obs, Dónde v es la velocidad de propagación del sonido en el aire (asumimos que el aire está en reposo), y obs.− velocidad del observador. Por lo tanto, la nueva frecuencia será igual a
f / = v / /λ = (v + v obs)/λ,
o porque λ = v/f,
Un observador se acerca a una fuente de sonido estacionaria.
En el caso de que el observador se aleje de la fuente de sonido, la velocidad relativa será igual a v / = v − v obs, y tenemos 
El observador se aleja de la fuente sonora estacionaria.
Si una onda de sonido se refleja en un obstáculo en movimiento, entonces la frecuencia de la onda reflejada debido al efecto Doppler será diferente de la frecuencia de la onda incidente.
Miremos esto siguiente ejemplo.
Ejemplo. Onda sonora con frecuencia. 5000Hz se emite en la dirección de un cuerpo que se acerca a la fuente de sonido a una velocidad 3,30 m/s. ¿Cuál es la frecuencia de la onda reflejada?
Solución.
En este caso, el efecto Doppler se produce dos veces.
En primer lugar, el cuerpo al que se dirige la onda sonora se comporta como un observador en movimiento y "registra" la onda sonora en la frecuencia
En segundo lugar, el cuerpo actúa como una fuente secundaria de sonido (reflejada) que se mueve de modo que la frecuencia de la onda sonora reflejada será 
Por tanto, el cambio de frecuencia Doppler es igual a 100Hz.
Si las ondas sonoras incidente y reflejada se superponen, se producirá una superposición que dará lugar a latidos. La frecuencia del batido es igual a la diferencia entre las frecuencias de las dos ondas, y en el ejemplo discutido anteriormente sería igual a 100Hz. Esta manifestación del efecto Doppler se utiliza ampliamente en diversos dispositivos médicos, que suelen utilizar ondas ultrasónicas en el rango de frecuencia de los megahercios. Por ejemplo, las ondas de ultrasonido reflejadas por los glóbulos rojos se pueden utilizar para determinar la velocidad del flujo sanguíneo. De manera similar, este método se puede utilizar para la detección de movimiento. pecho embrión, así como para la monitorización remota de los latidos del corazón.
Cabe señalar que el efecto Doppler también es la base del método de detección por radar para vehículos que superan la velocidad prescrita, pero en este caso se utilizan ondas electromagnéticas (radio) en lugar de ondas sonoras.
La precisión de las relaciones (1 − 2) y (3 − 4) disminuye si fuente o obs. acercándose a la velocidad del sonido. Esto se debe al hecho de que el desplazamiento de las partículas del medio ya no será proporcional a la fuerza restauradora, es decir Surgirán desviaciones de la ley de Hooke, de modo que la mayor parte de nuestro razonamiento teórico perderá fuerza.
Resuelve los siguientes problemas.
Problema 1. Producción formula general para cambiar la frecuencia del sonido F/ debido al efecto Doppler en el caso de que tanto la fuente como el observador se estén moviendo.
Problema 2. EN condiciones normales La velocidad del flujo sanguíneo en la aorta es aproximadamente igual a 0,28 m/s. Las ondas ultrasónicas con una frecuencia se dirigen a lo largo del flujo. 4,20MHz. Estas ondas se reflejan en los glóbulos rojos. ¿Cuál será la frecuencia de los latidos observados? Considere que la velocidad de estas ondas es igual a 1,5 × 10 3 m/s, es decir. cercana a la velocidad del sonido en el agua.
Problema 3. Efecto Doppler para ondas ultrasónicas en frecuencia. 1,8MHz Se utiliza para controlar la frecuencia cardíaca fetal. La frecuencia de latido observada (máxima) es 600Hz. Suponiendo que la velocidad de propagación del sonido en el tejido es igual a 1,5 × 10 3 m/s, calcule la velocidad superficial máxima del corazón que late.
Problema 4. El sonido de la bocina de fábrica tiene una frecuencia. 650Hz. Si el viento del norte sopla con una velocidad 12,0 m/s, entonces ¿qué sonido escuchará un observador en reposo, ubicado a) al norte, b) al sur, c) al este y d) al oeste del timbre? ¿Qué frecuencia de sonido escuchará un ciclista cuando se acerque a gran velocidad? 15m/s al silbato e) desde el norte o f) desde el oeste? La temperatura del aire es 20ºC.
Problema 5. Silbato oscilante en frecuencia. 500Hz, se mueve en un círculo con radio 1 metro, haciendo 3 revoluciones por segundo. Determinar las frecuencias más alta y más baja percibidas por un observador estacionario a distancia. 5 metros desde el centro del círculo. La velocidad del sonido en el aire se considera igual a 340 m/s.
– el fenómeno más importante de la física ondulatoria. Antes de ir directo al meollo del asunto, una pequeña teoría introductoria.
Vacilación– en un grado u otro, un proceso repetitivo de cambio del estado de un sistema alrededor de una posición de equilibrio. Ola- Se trata de una oscilación que puede alejarse del lugar de su origen, extendiéndose en el medio. Las olas se caracterizan amplitud, longitud Y frecuencia. El sonido que escuchamos es una onda, es decir. Vibraciones mecánicas de partículas de aire que se propagan desde una fuente de sonido.
Armados con información sobre las ondas, pasemos al efecto Doppler. Y si quieres aprender más sobre vibraciones, ondas y resonancia, bienvenido a nuestro blog.
La esencia del efecto Doppler.
El ejemplo más popular y sencillo que explica la esencia del efecto Doppler es un observador estacionario y un coche con sirena. Digamos que estás parado en una parada de autobús. Una ambulancia con la sirena encendida se dirige calle abajo hacia usted. La frecuencia del sonido que escuchará cuando el automóvil se acerque no es la misma.
El sonido inicialmente tendrá una frecuencia más alta cuando el automóvil se detenga. Escuchará la verdadera frecuencia del sonido de la sirena y la frecuencia del sonido disminuirá a medida que se aleje. Eso es lo que es efecto Doppler.
La frecuencia y longitud de onda de la radiación percibida por el observador cambia debido al movimiento de la fuente de radiación.
Si le preguntan a Cap quién descubrió el efecto Doppler, responderá sin dudar que fue Doppler. Y tendrá razón. Este fenómeno, fundamentado teóricamente en 1842 año por el físico austriaco cristian doppler Posteriormente recibió su nombre. El propio Doppler derivó su teoría observando ondulaciones en el agua y sugiriendo que las observaciones podrían generalizarse a todas las ondas. Posteriormente fue posible confirmar experimentalmente el efecto Doppler para el sonido y la luz.
Arriba vimos un ejemplo del efecto Doppler para ondas sonoras. Sin embargo, el efecto Doppler no sólo se aplica al sonido. Hay:
- Efecto Doppler acústico;
- Efecto Doppler óptico;
- efecto Doppler para ondas electromagnéticas;
- Efecto Doppler relativista.
Fueron los experimentos con ondas sonoras los que ayudaron a proporcionar la primera confirmación experimental de este efecto.
Confirmación experimental del efecto Doppler.
La confirmación de la exactitud del razonamiento de Christian Doppler está asociada con uno de los experimentos físicos más interesantes e inusuales. EN 1845 meteorólogo de Holanda Voto cristiano Se necesitó una potente locomotora y una orquesta formada por músicos de tono perfecto. Algunos de los músicos, eran trompetistas, viajaban en el área abierta del tren y tocaban constantemente la misma nota. Digamos que fue el La de la segunda octava.
Otros músicos estaban en la emisora escuchando lo que tocaban sus compañeros. La audición absoluta de todos los participantes en el experimento redujo al mínimo la probabilidad de error. El experimento duró dos días, todos estaban cansados, se quemó mucho carbón, pero los resultados valieron la pena. Resultó que el tono del sonido realmente depende de la velocidad relativa de la fuente o del observador (oyente).
Aplicación del efecto Doppler
Una de las aplicaciones más conocidas es la determinación de la velocidad de objetos en movimiento mediante sensores de velocidad. Las señales de radio enviadas por el radar se reflejan en los automóviles y se devuelven. En este caso, el desplazamiento de frecuencia al que regresan las señales está directamente relacionado con la velocidad de la máquina. Comparando la velocidad y el cambio de frecuencia, se puede calcular la velocidad.
El efecto Doppler se utiliza ampliamente en medicina. El funcionamiento de los dispositivos se basa en ello. diagnóstico por ultrasonido. Existe una técnica separada en ultrasonido llamada Dopplerografía.
El efecto Doppler también se utiliza en óptica, acústica, radioelectrónica, astronomía, Radar.
¡Por cierto! Para nuestros lectores ahora hay un 10% de descuento en
El descubrimiento del efecto Doppler jugó un papel importante en el desarrollo de la física moderna. Una de las confirmaciones teoria del Big Bang se basa en este efecto. ¿Cómo se relacionan el efecto Doppler y el Big Bang? Según la teoría del Big Bang, el Universo se está expandiendo.
Al observar galaxias distantes, se observa un desplazamiento hacia el rojo: un desplazamiento de las líneas espectrales hacia el lado rojo del espectro. Al explicar el corrimiento al rojo mediante el efecto Doppler, podemos sacar una conclusión que coincide con la teoría: las galaxias se están alejando unas de otras, el Universo se está expandiendo.
Fórmula para el efecto Doppler
Cuando se criticó la teoría del efecto Doppler, uno de los argumentos de los oponentes del científico fue el hecho de que la teoría estaba contenida en sólo ocho páginas y que la derivación de la fórmula del efecto Doppler no incluía cálculos matemáticos engorrosos. En nuestra opinión, ¡esto es sólo una ventaja!
Dejar tu – velocidad del receptor con respecto al medio, v – velocidad de la fuente de onda con respecto al medio, Con - velocidad de propagación de las ondas en el medio, w0 - frecuencia de las ondas fuente. Entonces la fórmula del efecto Doppler en sí. caso general se verá así:
Aquí w – frecuencia que grabará el receptor.
Efecto Doppler relativista
A diferencia del efecto Doppler clásico, cuando las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío, para calcular el efecto Doppler se debe utilizar la TER y se debe tener en cuenta la dilatación del tiempo relativista. Deja que la luz - Con , v – velocidad de la fuente con respecto al receptor, theta – el ángulo entre la dirección a la fuente y el vector de velocidad asociado con el sistema de referencia del receptor. Entonces la fórmula para el efecto Doppler relativista quedará así:
Hoy hablamos del efecto más importante de nuestro mundo: el efecto Doppler. ¿Quieres aprender a solucionar problemas del efecto Doppler de forma rápida y sencilla? ¡Pregúntales y estarán encantados de compartir su experiencia! Y al final, un poco más sobre la teoría del Big Bang y el efecto Doppler.
En acústica, el cambio de frecuencia debido al efecto Doppler está determinado por las velocidades de movimiento de la fuente y el receptor en relación con el medio, que es el portador de las ondas sonoras (ver fórmula (103.2)). El efecto Doppler también existe para las ondas luminosas. Sin embargo, no existe ningún medio especial que sirva como portador de ondas electromagnéticas. Por lo tanto, el desplazamiento Doppler de la frecuencia de las ondas de luz está determinado únicamente por la velocidad relativa de la fuente y el receptor.
Asociemos el origen de coordenadas del sistema K con la fuente de luz y el origen de coordenadas del sistema K con el receptor (Fig. 151.1). Dirijamos los ejes, como de costumbre, a lo largo del vector de velocidad v con el que el sistema K (es decir, el receptor) se mueve en relación con el sistema K (es decir, la fuente). La ecuación de una onda de luz plana emitida por una fuente hacia el receptor tendrá la forma en el sistema K
Aquí y es la frecuencia de onda fijada en el sistema de referencia asociado con la fuente, es decir, la frecuencia con la que oscila la fuente. Suponemos que la onda luminosa viaja en el vacío; por lo tanto la velocidad de fase es igual a c.
Según el principio de relatividad, las leyes de la naturaleza tienen la misma forma en todos los sistemas de referencia inerciales. En consecuencia, en el sistema K, la onda (151.1) se describe mediante la ecuación
¿Dónde está la frecuencia registrada en el sistema de referencia K, es decir, la frecuencia percibida por el receptor? Hemos primado todas las cantidades excepto c, que es la misma en todos los sistemas de referencia.
La ecuación de onda en el sistema K se puede obtener a partir de la ecuación en el sistema K, pasando por el uso de transformaciones de Lorentz.
Reemplazando in y t según las fórmulas (63.16) del 1er volumen, obtenemos
(el papel lo desempeña v). La última expresión se puede reducir fácilmente a la forma
La ecuación (151.3) describe la misma onda en el sistema K que la ecuación (151.2). Por lo tanto la relación debe ser satisfecha
Cambiemos la notación: denotamos la frecuencia fuente c por y la frecuencia del receptor por . Como resultado, la fórmula tomará la forma
Pasando de la frecuencia circular a la frecuencia ordinaria, obtenemos
(151.5)
La velocidad del receptor con respecto a la fuente, que aparece en las fórmulas (151.4) y (151.5), es una cantidad algebraica. Cuando el receptor se aleja y en consecuencia cuando el receptor se acerca a la fuente, lo mismo ocurre con
Si la fórmula (151.4) se puede escribir aproximadamente de la siguiente manera:
De aquí, limitándonos a términos de orden, obtenemos
(151.6)
A partir de esta fórmula puedes encontrar el cambio relativo en la frecuencia:
(151.7)
(entiende por ).
Se puede demostrar que, además del efecto longitudinal considerado, también existe un efecto Doppler transversal para las ondas luminosas. Consiste en una disminución de la frecuencia percibida por el receptor, que se observa en el caso de que el vector de velocidad relativa se dirija perpendicular a la línea que pasa por el receptor y la fuente (cuando, por ejemplo, la fuente se mueve en círculo en el centro donde está colocado el receptor).
En este caso, la frecuencia en el sistema fuente está relacionada con la frecuencia en el sistema receptor mediante la relación
Cambio relativo de frecuencia debido al efecto Doppler transversal
proporcional al cuadrado de la relación y por lo tanto significativamente menor que con el efecto longitudinal, para el cual el cambio relativo en la frecuencia es proporcional a la primera potencia
La existencia del efecto Doppler transversal fue probada experimentalmente por Ives en 1938. En sus experimentos, se determinó el cambio en la frecuencia de radiación de los átomos de hidrógeno en haces de canal (ver el último párrafo del § 85). La velocidad de los átomos era de aproximadamente 106 m/s. Estos experimentos representan una confirmación experimental directa de la validez de las transformaciones de Lorentz.
En general, el vector de velocidad relativa se puede descomponer en dos componentes, uno de los cuales está dirigido a lo largo del rayo y el otro perpendicular al rayo. El primer componente determinará el efecto Doppler longitudinal, el segundo, el efecto Doppler transversal.
El efecto Doppler longitudinal se utiliza para determinar la velocidad radial de las estrellas. Al medir el desplazamiento relativo de las líneas en los espectros de las estrellas, podemos usar la fórmula (151.4) para determinar
El movimiento térmico de las moléculas de un gas luminoso provoca, debido al efecto Doppler, un ensanchamiento de las líneas espectrales. Debido a la naturaleza caótica del movimiento térmico, todas las direcciones de las velocidades moleculares relativas al espectrógrafo son igualmente probables. Por lo tanto, la radiación registrada por el dispositivo contiene todas las frecuencias contenidas en el intervalo de a donde es la frecuencia emitida por las moléculas, v es la velocidad del movimiento térmico (ver fórmula (151.6)). Por lo tanto, el ancho registrado de la línea espectral será Valor
(151.10)
se llama ancho Doppler de la línea espectral (v significa la velocidad más probable de las moléculas). Por la magnitud del ensanchamiento Doppler de las líneas espectrales se puede juzgar la velocidad del movimiento térmico de las moléculas y, en consecuencia, la temperatura del gas luminoso.
La frecuencia percibida de una onda depende de la velocidad relativa de su fuente.
Seguramente al menos una vez en tu vida has tenido la oportunidad de pararte junto a la carretera por la que pasa un coche con una señal especial y una sirena. A medida que el aullido de la sirena se acerca, su tono es más alto, luego, cuando el auto te alcanza, baja, y finalmente, cuando el auto comienza a alejarse, baja aún más, y escuchas lo familiar:yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyymmmmmmmmmmm—eso es más o menos la escala. Quizás sin darte cuenta estés observando la propiedad más fundamental (y más útil) de las ondas.
Las olas son generalmente algo extraño. Imagínese una botella vacía colgando cerca de la orilla. Ella camina arriba y abajo, sin acercarse a la orilla, mientras el agua parece precipitarse hacia la orilla en olas. Pero no: el agua (y la botella que contiene) permanecen en su lugar, oscilando sólo en un plano perpendicular a la superficie del depósito. En otras palabras, el movimiento del medio en el que se propagan las ondas no se corresponde con el movimiento de las ondas mismas. Al menos los aficionados al fútbol lo han aprendido bien y han aprendido a utilizarlo en la práctica: cuando envían un "saludo" por el estadio, ellos mismos no corren a ninguna parte, simplemente se levantan y se sientan a su vez, y el "saludo" (en el Reino Unido a este fenómeno se le suele llamar “ola mexicana” ") recorre las gradas.
Las ondas generalmente se describen frecuencia(número de picos de onda por segundo en el punto de observación) o longitud(distancia entre dos crestas o valles adyacentes). Estas dos características están relacionadas entre sí a través de la velocidad de propagación de las ondas en el medio, por lo tanto, conociendo la velocidad de propagación de las ondas y una de las principales características de las ondas, se puede calcular fácilmente la otra.
Una vez que la onda ha comenzado, la velocidad de su propagación está determinada únicamente por las propiedades del medio en el que se propaga; la fuente de la onda ya no juega ningún papel. En la superficie del agua, por ejemplo, las ondas, una vez excitadas, se propagan sólo debido a la interacción de las fuerzas de presión, la tensión superficial y la gravedad. Las ondas acústicas se propagan en el aire (y otros medios conductores de sonido) debido a la transmisión direccional de diferencias de presión. Y ninguno de los mecanismos de propagación de las ondas depende de la fuente de las ondas. De ahí el efecto Doppler.
Pensemos nuevamente en el ejemplo de la sirena que aulla. Supongamos primero que el vehículo especial está parado. El sonido de la sirena nos llega porque la membrana elástica de su interior actúa periódicamente sobre el aire, creando compresión en él - áreas hipertensión, - alternando con rarefacción. Los picos de compresión, las “crestas” de una onda acústica, se propagan a través del medio (aire) hasta llegar a nuestros oídos y afectar tímpanos, desde donde se enviará una señal a nuestro cerebro (así es como funciona la audición). Tradicionalmente llamamos tono o tono a la frecuencia de las vibraciones del sonido que percibimos: por ejemplo, una frecuencia de vibración de 440 hercios por segundo corresponde a la nota “La” de la primera octava. Así, mientras el vehículo especial esté parado, seguiremos escuchando el tono inalterado de su señal.
Pero tan pronto como el vehículo especial comience a moverse hacia ti, se agregará un nuevo efecto. Durante el tiempo que transcurre entre la emisión de un pico de onda y el siguiente, el coche recorrerá cierta distancia hacia usted. Debido a esto, la fuente de cada pico de onda posterior estará más cerca. Como resultado, las ondas llegarán a sus oídos con más frecuencia que cuando el automóvil estaba parado y el tono del sonido que percibe aumentará. Y, por el contrario, si el vehículo especial se mueve en la dirección opuesta, los picos de las ondas acústicas llegarán con menos frecuencia a los oídos y la frecuencia percibida del sonido disminuirá. Ésta es la explicación de por qué cuando pasa un coche con señales especiales, el tono de la sirena disminuye.
Examinamos el efecto Doppler en relación con ondas sonoras, pero se aplica igualmente a cualquier otro. Si se nos acerca una fuente de luz visible, la longitud de onda que vemos se acorta y observamos el llamado cambio morado(de todo colores visibles La gama del espectro luminoso corresponde al violeta con las longitudes de onda más cortas). Si la fuente se aleja, se produce un aparente desplazamiento hacia la parte roja del espectro (alargamiento de las ondas).
Este efecto lleva el nombre de Christian Johann Doppler, quien fue el primero en predecirlo teóricamente. El efecto Doppler me ha interesado toda mi vida por cómo se probó experimentalmente por primera vez. El científico holandés Christian Buys Ballot (1817-1870) colocó una banda de música en un vagón de ferrocarril abierto y en el andén se reunió un grupo de músicos con un tono absoluto. (El tono perfecto es la capacidad, después de escuchar una nota, de nombrarla con precisión). Cada vez que un tren con un vagón musical pasaba por el andén, la banda de música tocaba una nota y los observadores (oyentes) escribían la partitura musical que escuchaban. Como era de esperar, el tono aparente del sonido dependía directamente de la velocidad del tren, que, de hecho, fue predicha por la ley de Doppler.
El efecto Doppler encuentra aplicación amplia tanto en la ciencia como en la vida cotidiana. En todo el mundo se utiliza en radares policiales para atrapar y multar a los infractores de las normas. tráfico superando la velocidad. Una pistola de radar emite una señal de ondas de radio (generalmente en el rango VHF o microondas) que se refleja en la carrocería metálica de su automóvil. La señal regresa al radar con un cambio de frecuencia Doppler, cuyo valor depende de la velocidad del vehículo. Al comparar las frecuencias de las señales salientes y entrantes, el dispositivo calcula automáticamente la velocidad de su automóvil y la muestra en la pantalla.
El efecto Doppler encontró una aplicación algo más esotérica en la astrofísica: en particular, Edwin Hubble, al medir por primera vez las distancias a galaxias cercanas con un nuevo telescopio, descubrió al mismo tiempo un desplazamiento Doppler rojo en el espectro de su radiación atómica, a partir del cual Se concluyó que las galaxias se están alejando de nosotros ( cm. Ley de Hubble). De hecho, esta fue una conclusión tan clara como si usted, después de cerrar los ojos, de repente escuchara que el tono del motor de un automóvil de un modelo que conocía era más bajo de lo necesario y concluyera que el automóvil se estaba alejando de tú. Cuando Hubble también descubrió que cuanto más lejos está una galaxia, más fuerte es el corrimiento al rojo (y más rápido se aleja de nosotros), se dio cuenta de que el Universo se está expandiendo. Este fue el primer paso hacia la teoría del Big Bang, y es algo mucho más serio que un tren con una banda de música.
Christian Johann Doppler, 1803-53
Físico austriaco. Nacido en Salzburgo en el seno de una familia de albañiles. Se graduó en el Instituto Politécnico de Viena y permaneció allí como profesor junior hasta 1835, cuando recibió una oferta para dirigir el departamento de matemáticas de la Universidad de Praga, lo que en el último momento le obligó a abandonar su decisión a largo plazo de estudiar emigran a Estados Unidos, desesperados de lograr reconocimiento en los círculos académicos de su país. Terminó su carrera como profesor en la Real Universidad Imperial de Viena.
