EFECTO DOPPLER

EFECTO DOPPLER

Se le llama efecto doppler a la variación de la frecuencia registrada por el observador, como consecuencia del movimiento relativo de la fuente y del observador.

Este fenómeno fue estudiado por el físico austriaco Christian Johann Doppler quien mostró en 1842 que este efecto es válido para todo tipo de ondas de sonido y luminosas. Así el tono del ulular de la sirena es más alto cuando esta se aproxima al observador y más bajo cuando se aleja comparados con la señal registrada por el observador cuando este y la fuente están en reposo. Los efectos sobre la frecuencia son los mismos si ahora es el observador quien se mueve respecto a la fuente con la misma velocidad relativa.

En este caso la variación de la amplitud de las ondas se detecta por cambios de color, de esta manera, cuando la fuente de luz se acerca a un observador se torna de color azul, corrimiento al azul (blueshift) por un ancho de banda más corto y cuando se aleja se torna de color rojo, corrimiento al rojo (redshift) por un ancho de banda más largo.

Imaginemos que un observador O se mueve hacia una fuente S que se encuentra en reposo. El medio es aire y se encuentra en reposo. El observador O comienza a desplazarse hacia la fuente con una velocidadLa fuente de sonido emite un sonido de velocidad, frecuencia f y longitud de onda. Por lo tanto, la velocidad de las ondas respecto del observador no será la v del aire, sino la siguiente:

Sin embargo, no debemos olvidar que como el medio no cambia, la longitud de onda será la misma, por lo tanto si:

Pero como mencionamos en la primera explicación de este efecto, el observador al acercarse a la fuente oirá un sonido más agudo, esto implica que su frecuencia es mayor. A esta frecuencia mayor captada por el observador se la denomina frecuencia aparente y la simbolizaremos con f'.

El observador escuchará un sonido de mayor frecuencia debido a que 

Analicemos el caso contrario:

Cuando el observador se aleje de la fuente, la velocidad v' será   y de manera análoga podemos deducir que   . En este caso la frecuencia aparente percibida por el observador será menor que la frecuencia real emitida por la fuente, lo que genera que el observador perciba un sonido de menor altura o más grave.

De estas dos situaciones concluimos que cuando un observador se mueve con respecto a una fuente en reposo, la frecuencia aparente percibida por el observador es:  

Ahora consideraremos el caso donde el observador se encuentra en reposo y la fuente se mueve. Cuando la fuente se desplace hacia el observador, los frentes de onda estarán más cerca uno del otro. En consecuencia, el observador percibe sonidos con una menor longitud de onda. Esta diferencia de longitud de onda puede expresarse como:

Por tanto, la longitud de onda percibida será:

como  podemos deducir que:

Haciendo un razonamiento análogo para el caso contrario (fuente alejándose), podemos concluir que la frecuencia percibida por un observador en reposo con una fuente en movimiento será:

 

vídeo de los físicos experimentales explicando el efecto doppler: