El efecto Doppler y los espectros de estrellas

El efecto Doppler

¿Alguna vez ha estado en un semáforo, esperando que el semáforo se ponga verde, cuando de repente oye que un automóvil se acerca a la intersección haciendo sonar la bocina? A medida que se acercan, esa bocina tiene un tono relativamente alto. Cuando pasan a su lado, la bocina suena mucho más baja. ¿Alguna vez te preguntaste por qué?

Es el resultado del efecto Doppler , o desplazamiento Doppler , un cambio aparente en la frecuencia de una onda, es decir, una onda de luz o sonido, causado por el movimiento del observador y / o la fuente.

Comprender el efecto Doppler

Si bien esta lección abordará las ondas de luz y el efecto Doppler más adelante, es mejor aprender a comprender el efecto Doppler a través de ondas sonoras porque nos resulta mucho más familiar de esa manera.

Primero, debe comprender que cuanto mayor es la frecuencia de algo, más corta es la longitud de onda. Cuanto menor sea la frecuencia, mayor será la longitud de onda. Además, el tono de un sonido depende de su longitud de onda. Los que tienen un tono bajo tienen longitudes de onda más largas. Los que tienen tonos más altos tienen longitudes de onda más cortas.

Es fácil recordar esto, ya que las longitudes de onda más largas producen un tono bajo mientras que las longitudes de onda cortas producen un tono chirriante.

Sabiendo todo esto, volvamos a nuestro ejemplo de automóvil. Digamos que estás parado en la esquina de una calle. Viniendo hacia ti hay un coche que toca la bocina. La frecuencia a la que la bocina emite el sonido es siempre la misma. Pero la frecuencia a la que recibe esas ondas sonoras es diferente.

A medida que el automóvil se acerca a usted, las ondas sonoras lo alcanzan con mayor frecuencia. Esto significa que el sonido se desplaza hacia longitudes de onda más cortas y, por lo tanto, la bocina suena más alta para usted. A medida que pasa el automóvil, las ondas sonoras le llegan con menos frecuencia. Esto significa que el sonido se desplaza hacia longitudes de onda más largas y, por lo tanto, la bocina le suena más baja.

Una forma de ayudar a recordar en qué dirección van las longitudes de onda es imaginar que las longitudes de onda son un resorte entre dos objetos. A medida que uno se mueve hacia el otro, el resorte se comprime y, por lo tanto, las longitudes de onda se acortan. A medida que uno se aleja del otro, el resorte se estira y, por lo tanto, las longitudes de onda se hacen más largas.

El efecto Doppler y los espectros de estrellas

Como las ondas de sonido, las ondas de luz también tienen longitudes de onda. Las longitudes de onda de luz se encuentran en un espectro. Un espectro es una disposición de radiación electromagnética, que incluye luz visible, colocada en orden de longitud de onda.

Como un automóvil puede hacer sonar una bocina para emitir ondas de sonido, una estrella emite luz para emitir ondas de luz. Si una fuente de luz se acerca a usted, las ondas de luz parecerán tener una longitud de onda más corta. Esto hace que la luz parezca más azul. Entonces, los astrónomos llaman a esto un desplazamiento hacia el azul o una disminución en la longitud de onda.

Si pasa una fuente de luz, la luz parece tener longitudes de onda más largas. Las longitudes de onda más largas imparten un color más rojo. Esto se denomina corrimiento al rojo o aumento de la longitud de onda.

Solo tenga en cuenta que estos términos se refieren a la dirección del cambio en sí cuando se habla de cualquier rango de longitudes de onda en el espectro electromagnético, no solo la parte que incluye la luz visible. El color real de la luz puede no ser rojo o azul porque el término puede usarse para referirse a otras longitudes de onda, como las de los rayos X.

Críticamente, es la velocidad de la fuente la que determina la cantidad de cambio en la longitud de onda. El cambio Doppler será mayor en el ruido emitido por un automóvil en movimiento rápido y menor en un automóvil en movimiento lento. De manera similar, el desplazamiento Doppler de una estrella de movimiento lento es más pequeño que el de una estrella más grande.

Pero el efecto Doppler solo se ve afectado por algo llamado velocidad radial (Vr) , que es la velocidad que se dirige directamente hacia o lejos de un objeto. Es decir, si una estrella se mueve hacia la izquierda o hacia la derecha, su distancia a la Tierra no cambia y no se produce ningún desplazamiento al azul ni al rojo. Tiene que moverse hacia la Tierra o alejarse de ella para que haya un desplazamiento Doppler.

Es igualmente importante recordar que el efecto Doppler no solo depende de la estrella, sino también de la Tierra. La Tierra se mueve en relación con la estrella y esto afecta el desplazamiento Doppler. Una estrella que se mueve hacia la Tierra tiene un corrimiento al azul, pero un corrimiento al rojo si se aleja de la Tierra. A medida que la Tierra se mueve hacia una estrella, las líneas del espectro se desplazan al azul, pero si la Tierra se aleja de la estrella, las líneas del espectro se desplazan al rojo.

Resumen de la lección

El efecto Doppler , o desplazamiento Doppler , es un cambio aparente en la frecuencia de una onda; es decir onda sonora o luminosa, provocada por el movimiento del observador y / o fuente. Recuerde que cuanto mayor es la frecuencia de algo, más corta es la longitud de onda. Cuanto menor sea la frecuencia, mayor será la longitud de onda.

La luz tiene longitudes de onda que se pueden encontrar en un espectro. Un espectro es una disposición de radiación electromagnética, que incluye luz visible, colocada en orden de longitud de onda. Un desplazamiento al azul es una disminución en la longitud de onda, mientras que un desplazamiento al rojo es un aumento en la longitud de onda.

El efecto Doppler está sujeto solo a la velocidad radial (Vr) , la velocidad que se dirige directamente hacia o lejos de un objeto, y depende del movimiento tanto del observador como de la fuente de luz. Al relacionar esto con una estrella y la Tierra, esto se puede resumir como una estrella que se mueve hacia la Tierra tiene un corrimiento al azul, pero un corrimiento al rojo si se aleja de la Tierra. A medida que la Tierra se mueve hacia una estrella, las líneas del espectro se desplazan al azul, pero si la Tierra se aleja de la estrella, las líneas del espectro se desplazan al rojo.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya completado esta lección, debería estar listo para:

• Resumir el efecto Doppler o desplazamiento Doppler
• Explicar cómo funciona el efecto Doppler para ondas de luz y sonido.
• Comprender cómo se relaciona el efecto Doppler con las estrellas y la Tierra.
• Definir espectro, desplazamiento al azul, desplazamiento al rojo y velocidad radial

Rodrigo Ricardo Editor y fundador