El efecto Doppler, llamado así por
el austríaco Christian Andreas Doppler, es el aparente cambio de frecuencia de una onda producido
por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador. 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).
Una manera de visualizar el efecto Doppler es pensar en las ondas como pulsaciones que se emiten a intervalos regulares. Imagina que caminas hacia adelante. Cada vez que das un paso, emites una pulsación. Cada pulsación frente a ti estará un paso más cercano, mientras que cada pulsación detrás tuyo, estará un paso más alejada. Un paso que te aleja. Las pulsaciones frente a tí son de mayor frecuencia y las pulsaciones detrás de ti tienen menor frecuencia.
Cuando
el origen de las ondas se desplaza en un sentido causa que el ancho de banda de
la onda se acorte en la dirección hacia adonde se está moviendo y se alargue en
el sentido contrario. De esta manera el tono del sonido cambia haciéndose más
alto en la dirección hacia donde el origen de la onda se acerca y de tono bajo
hacia adonde se aleja
Consideraremos
que el emisor produce ondas de forma continua, pero solamente representaremos
los sucesivos frentes de ondas, circunferencias centradas en el emisor,
separados por un periodo, de un modo semejante a lo que se puede observar en la
experiencia en el laboratorio con la cubeta de ondas. En la simulación más
abajo, fijaremos la velocidad de propagación del sonido en una unidad vs=1,
y el periodo de las ondas sea también la unidad, P=1, de modo que los
sucesivos frentes de onda se desplazan una unidad de longitud en el tiempo de
un periodo, es decir, la longitud de las ondas emitidas es una unidad, l =vsP
Tenemos varios casos:
El observador en reposo
Empezamos
por el caso más sencillo, en el que el observador está en reposo, a la
izquierda o a la derecha del emisor de ondas. Vamos a estudiar diversas
situaciones dependiendo de la velocidad del emisor.
Recordaremos
que en el estudio de las del
movimiento ondulatorio armónico, se estableció la relación entre longitud de
onda y periodo, l =vsP.
El emisor está en reposo (vE=0)
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Se
dibujan los sucesivos frentes de ondas que son circunferencias separadas una
longitud de onda, centradas en el emisor. El radio de cada circunferencia es
igual al producto de la velocidad de propagación por el tiempo transcurrido
desde que fue emitido. La separación entre dos frentes de onda es una
longitud de onda, l=vsP, siendo P el periodo o
tiempo que tarda en pasar dos frentes de onda consecutivos por la posición
del observador.
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·
La
longitud de onda medida por el emisor y por el observador es la misma, una
unidad, lE=lO=1.
Cuando el emisor está en movimiento (vE<vs)
·
Consideramos
primero el caso de que la velocidad del emisor vE sea menor
que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (vE<1).
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Si
el movimiento del emisor va de izquierda a derecha (velocidades positivas), la
longitud de onda medida por el observador situado a la derecha es más pequeña
que la unidad, y la longitud de onda medida por el observador situado a la
izquierda del emisor es mayor que la unidad.
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Cuando
la velocidad del emisor vE sea igual que la velocidad de
propagación de las ondas en el medio vs (vE=1),
la longitud de onda medida por el observador situado a la derecha del emisor
es cero. Si el emisor es un avión que va a la velocidad del sonido, los
sucesivos frentes de las ondas emitidas se agrupan en la punta o morro del
avión.
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Cuando el emisor está en movimiento (vE>vs)
Cuando
la velocidad del emisor vE sea mayor que la velocidad de
propagación de las ondas en el medio vs (vE>1),
el movimiento ondulatorio resultante es entonces una onda cónica (la envolvente
de los sucesivos frentes de onda es un cono con el vértice en el emisor), esta
onda se llama onda de Mach u onda de choque, y no es más que el sonido
repentino y violento que oímos cuando un avión supersónico pasa cerca de
nosotros. Estas ondas se observan también en la estela que dejan los botes que
se mueven con mayor velocidad que las ondas superficiales sobre el agua.
La
envolvente, es la recta tangente común a todas las circunferencias. En el
espacio, los frentes de onda son esferas y la envolvente es una superficie
cónica.
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En
el instante t=0, el emisor se encuentra en B, emite una onda que se
propaga por el espacio con velocidad vs. En el instante t
el emisor se encuentra en O, y se ha desplazado vE·t, En
este instante, el frente de onda centrado en B tiene un radio vs·t.
En
el triángulo rectángulo OAB el ángulo del vértice es sen θ=vs/vE.
El cociente vE/vs.se denomina
número de Mach.
REFERENCIAS
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NOTA LA PARTE DE BLANCO SUBRAYAR PARA VER EL TEXTO
ResponderEliminarOla, muy buena su informacion.
ResponderEliminarsu información es buena solo que el primer párrafo no se ve y hace mucha falta para comprender el tema de que están hablando las explicaciones son buenas.
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