El efecto Doppler: fórmula y cálculo

¿Qué es el efecto Doppler?

Está parado al lado de una carretera muy transitada cuando escucha que una motocicleta se acerca. A su paso, el sonido del motor parece cambiar. Parece emitir un sonido de tono más bajo después de que la motocicleta pasa y se aleja de usted. ¿Que pasó? ¿Por qué el motor de la motocicleta parecía emitir dos sonidos diferentes cuando se acercaba y luego se alejaba de usted?

Lo que oye como tono del sonido es en realidad la frecuencia de las ondas sonoras. Si las ondas sonoras están muy juntas, escuchará un sonido de alta frecuencia, y si están más separadas, oirá un sonido de baja frecuencia.

Cuando las ondas sonoras son emitidas por una fuente en movimiento o cuando el observador del sonido se está moviendo, la frecuencia aparente del sonido puede cambiar. Este cambio de frecuencia debido al movimiento de la fuente de la onda de sonido o del observador se denomina efecto Doppler .

Cuando una fuente de ondas sonoras, como la motocicleta, se mueve hacia usted, las ondas sonoras emitidas se acercan cada vez más. Esto significa que cuando oye que la motocicleta se acerca a usted, escucha un ruido de frecuencia más alta que el que escucharía si la motocicleta estuviera quieta. Una vez que pasa, las ondas sonoras se separan más y se escucha un sonido de baja frecuencia.

Efecto Doppler y ondas de luz

El efecto Doppler afecta a todo tipo de ondas, no solo a las ondas sonoras. ¡Las ondas de luz también se ven afectadas por el efecto Doppler! A medida que un objeto emisor de luz se aleja del observador, la frecuencia de las ondas de luz se vuelve más pequeña, desplazando la luz hacia el extremo rojo de baja frecuencia del espectro visible. Los astrónomos observaron estrellas distantes y pudieron ver que todas estaban desplazadas al rojo. Esto les permite saber que las estrellas se alejaban de la Tierra y que el universo se estaba expandiendo.

Cálculo de la frecuencia de sonido observada

La frecuencia del sonido que escucha un observador puede verse afectada tanto por el movimiento del observador como por el movimiento de la fuente del sonido. Puede calcular la frecuencia de sonido observada ( f ‘ ) usando esta ecuación:

Problemas de práctica

Veamos algunos ejemplos de cómo aplicar el efecto Doppler. En todos estos problemas, asumiremos que la velocidad del sonido en el aire ( v ) es 350 m / s.

1. Arav está esperando el autobús cuando escucha una sirena que se acerca a él. Si la sirena emite un sonido con una frecuencia de 1500 Hz y se mueve hacia la parada del autobús a una velocidad de 10 m / s, ¿qué frecuencia de sonido escucha Arav?

Para responder a esta pregunta, primero debe notar que la frecuencia real ( f ) es 1500 Hz y que la velocidad del observador es 0 y la velocidad de la fuente es 10 m / s. Debido a que la fuente (o la sirena) se mueve hacia Arav, la velocidad de la fuente será positiva. Si se estuviera alejando del observador, entonces la velocidad de la fuente sería negativa.

Una vez que haya identificado estas cantidades, estará listo para encontrar la frecuencia observada ( f ‘ ):

Arav escucharía el sonido emitido por la sirena a 1544 Hz en lugar de los 1500 Hz que escucharía si la sirena no se estuviera moviendo.

Siguiente problema …

2. Ahora, la sirena pasa a Arav y sigue a la misma velocidad. ¿Qué frecuencia escucha cuando la sirena se aleja de él?

Lo único que ha cambiado aquí es que la velocidad de la fuente ahora es de -10 m / s ya que se está moviendo desde el observador. Esto da como resultado una frecuencia observada inferior a 1500 Hz:

Finalmente, veamos una situación en la que el observador es el que se mueve.

3. Riya está conduciendo hacia la tienda, y hay una ambulancia estacionada al costado de la calle con su sirena que emite ondas sonoras de 2000 Hz. Cuando se acerca a la ambulancia a una velocidad de 12 m / s, ¿qué frecuencia oye?

En esta situación, la fuente está estacionaria, pero el observador se está moviendo. Sin embargo, aún puede usar la misma ecuación para determinar la frecuencia que escuchará Riya:

Resumen de la lección

En resumen, cuando las ondas sonoras son emitidas por una fuente en movimiento o cuando el observador del sonido se mueve, la frecuencia aparente del sonido puede cambiar. Este cambio de frecuencia debido al movimiento de la fuente de la onda de sonido o del observador se denomina efecto Doppler .

Cuando una fuente de ondas sonoras se mueve hacia un observador, las ondas sonoras emitidas se acercan cada vez más y, por lo tanto, tienen una frecuencia más alta. Si el sonido se aleja del observador, las ondas sonoras se alejan más y el observador escuchará un sonido de frecuencia más baja.

Puede calcular la frecuencia observada de las ondas sonoras usando esta ecuación:

Rodrigo Ricardo Editor y fundador