Sobre el efecto Doppler de pedir consejo a expertos.
El efecto Doppler recibe su nombre en honor al físico y matemático austriaco Christian Johann Doppler, quien propuso por primera vez la teoría en 1842. Doppler creía que la longitud de onda de la radiación emitida por un objeto cambia debido al movimiento relativo entre la fuente de luz y el observador. Frente a una fuente de onda en movimiento, la onda se comprime, su longitud de onda se acorta y su frecuencia aumenta (desplazada hacia el azul). Detrás de la fuente de onda en movimiento se produce el efecto contrario. La longitud de onda se vuelve más larga y la frecuencia se vuelve más baja (desplazada al rojo). Cuanto mayor sea la velocidad de la fuente de onda, mayor será el efecto. En función del grado de desplazamiento rojo/azul de la onda de luz, se puede calcular la velocidad de la fuente de onda que se mueve en la dirección de observación. El cambio en la línea espectral de una estrella muestra qué tan rápido se mueve la estrella en la dirección de observación. A menos que la fuente de la onda esté muy cerca de la velocidad de la luz, el grado de desplazamiento Doppler es generalmente pequeño. Todos los fenómenos ondulatorios (incluidas las ondas luminosas) tienen el efecto Doppler.
[Editar este párrafo] El descubrimiento del efecto Doppler
Un matemático austriaco llamado Doppler. Un día pasaba por un cruce de vías y pasó un tren a su lado. Descubrió que a medida que el tren se alejaba, el silbido se hacía más fuerte y estridente, mientras que a medida que el tren se acercaba y se alejaba, el silbido se hacía más débil y más bajo. Estaba muy interesado en este fenómeno físico y realizó investigaciones al respecto. Se descubrió que esto se debía al movimiento relativo entre la fuente de vibración y el observador, lo que hacía que el observador escuchara el sonido a una frecuencia diferente a la de la fuente de vibración. Este es el fenómeno del cambio de frecuencia. Debido a que fue propuesto por primera vez por Doppler, se llama efecto Doppler.
Efecto Doppler
El efecto Doppler muestra que cuando la fuente de onda se acerca al observador, la frecuencia recibida de la onda aumenta, y cuando la fuente de onda se aleja del observador, la frecuencia recibida aumenta. Se puede llegar a la misma conclusión cuando el observador se mueve. Sin embargo, debido a la falta de equipo experimental, el Doppler no fue verificado experimentalmente en ese momento. Unos años más tarde, se invitó a un equipo de trompetistas a tocar en un camión y se pidió a músicos capacitados que usaran sus oídos para identificar los cambios de tono y verificar el efecto. Supongamos que la longitud de onda de la fuente de onda original es λ, la velocidad de la onda es C y la velocidad de movimiento del observador es V:
Cuando el observador está cerca de la fuente de onda, la frecuencia observada de la fuente de onda es (c v)/λ; si el observador está lejos de la fuente de onda, entonces la frecuencia de la fuente de onda observada es (c-v)/λ.
Un ejemplo común es el sonido del silbato de un tren. Cuando el tren se acerca al observador, su silbido sonará más fuerte de lo habitual. Se escucha un cambio estridente en el sonido cuando pasa el tren. Y así es: sirenas de coches de policía, motores de coches de carreras.
Si piensas en las ondas sonoras como pulsos emitidos a ciertos intervalos, puedes imaginar que si emites un pulso en cada paso que das, entonces cada pulso frente a ti estará más lejos de ti que cuando quédate quieto. La fuente del sonido detrás de ti está un paso más lejos de lo que estaba cuando estabas quieto. En otras palabras, su pulso era más alto de lo habitual antes y su pulso era más bajo de lo habitual después.
El efecto Doppler se aplica no sólo a las ondas sonoras, sino a todo tipo de ondas, incluidas las electromagnéticas. El científico Edwin Hubble utilizó el efecto Doppler para concluir que el universo se está expandiendo. Descubrió que la frecuencia de la luz emitida por objetos más alejados de la Vía Láctea se vuelve más baja, es decir, se mueve hacia el extremo rojo del espectro. Esto es el llamado corrimiento al rojo. Cuanto más rápido los objetos abandonan la Vía Láctea, mayor es el desplazamiento hacia el rojo, lo que indica que estos objetos están lejos de la Vía Láctea. Por otro lado, si el objeto se mueve hacia la Vía Láctea, la luz se desplazará hacia el azul.
En las comunicaciones móviles, cuando la estación móvil se acerca a la estación base, la frecuencia aumenta y cuando se aleja de la estación base, la frecuencia disminuye. Por lo tanto, se debe considerar plenamente el efecto Doppler. en las comunicaciones móviles. Por supuesto, debido a la limitación de nuestra velocidad de movimiento en la vida diaria, es imposible provocar un gran cambio de frecuencia, pero es innegable que afectará a las comunicaciones móviles. Para evitar que este efecto cause problemas en nuestras comunicaciones, tenemos que tenerlo en cuenta en diversas tecnologías. Y aumenta la complejidad de las comunicaciones móviles.
En el caso del monocromo, el color percibido por nuestros ojos se puede explicar como la frecuencia de vibración de las ondas de luz, o el número de veces que el campo electromagnético se alterna en 1 segundo. En la región de la luz visible, cuanto menor es la eficiencia, más probable es que sea roja y cuanto mayor es la frecuencia, más probable es que sea azul violeta.
Por ejemplo, el color rojo brillante producido por el láser He-Ne tiene una frecuencia de 4,74× 10 14 Hz, mientras que el color púrpura de la lámpara de mercurio tiene una frecuencia superior a 7× 10 14 Hz. Este principio también se aplica a las ondas sonoras: la percepción del nivel del sonido corresponde a la frecuencia de vibración del sonido que ejerce presión sobre el tímpano del oído (los sonidos de alta frecuencia son agudos, los sonidos de baja frecuencia son amortiguados).
Si la fuente de onda es estacionaria, la vibración de la onda recibida por el receptor estacionario es la misma que el ritmo de la onda emitida por la fuente: la frecuencia de transmisión es igual a la frecuencia de recepción. La situación es diferente si las fuentes de ondas se mueven con respecto al receptor, por ejemplo alejándose unas de otras. La distancia entre las dos crestas de onda generadas por la fuente de onda se alarga en comparación con el receptor, por lo que las dos crestas de onda superiores tardan más en llegar al receptor. Luego, la frecuencia disminuye cuando llega al receptor y el color percibido cambia hacia el rojo (lo contrario ocurre cuando la fuente de la onda está más cerca del receptor). Para darle al lector una idea del impacto de este efecto, se muestra el desplazamiento Doppler y aproximadamente da la frecuencia recibida por una fuente de luz distante a medida que cambia su velocidad relativa. Por ejemplo, en la línea espectral roja del láser He-Ne mencionado anteriormente, cuando la velocidad de la fuente de onda es equivalente a la mitad de la velocidad de la luz, la frecuencia de recepción cae de 4,74×10 14 Hz a 2,37×10 14 Hz, lo que cae considerablemente a la banda de frecuencia infrarroja.
[Editar este párrafo] Efecto Doppler de las ondas sonoras
En la vida diaria, todos tenemos esta experiencia: cuando un tren toca la bocina pasa junto al observador, este notará que el tono de el silbato del tren cambia de alto a bajo. ¿Por qué sucede esto? Esto se debe a que el tono está determinado por las diferentes frecuencias de vibración de las ondas sonoras. Si la frecuencia es alta, el tono suena alto. De lo contrario, el tono sonará más bajo. Este fenómeno se conoce como efecto Doppler, en honor a su descubridor Christian Doppler, un físico y matemático austríaco que descubrió el efecto por primera vez en 1842. Para comprender este fenómeno es necesario examinar las reglas de propagación de las ondas sonoras que emite el silbato cuando se acerca un tren a velocidad constante. Como resultado, la longitud de onda de la onda sonora se acorta, como si la onda hubiera sido comprimida. Por lo tanto, aumenta el número de ondas que viajan dentro de un determinado intervalo de tiempo, por lo que el observador percibe el tono como más alto. En cambio, a medida que el tren se aleja, la longitud de onda de la onda sonora se hace más grande, como si la onda se estirara. Por tanto, el sonido suena muy bajo. El análisis cuantitativo da como resultado f1=(u v0)/(u-vs)f, donde vs es la velocidad de la fuente de onda en relación con el medio, v0 es la velocidad del observador en relación con el medio, f representa la frecuencia natural de la fuente de la onda, y u representa la onda en reposo La velocidad de propagación en un medio. Cuando el observador se mueve hacia la fuente de la onda, v0 toma un signo positivo; cuando el observador se aleja de la fuente de la onda (es decir, a lo largo de la fuente de la onda), v0 toma un signo negativo. Cuando la fuente de onda se mueve hacia el observador, vs adquiere un signo negativo. Cuando la fuente de onda frontal se desvía del movimiento del observador, Vs toma un signo positivo. Es fácil saber a partir de la fórmula anterior que cuando el observador y la fuente de sonido están cerca, F 1 > F cuando el observador y la fuente de sonido están lejos. f1