Efecto Doppler

Conoce del Efecto Doppler, su descripción y principales aplicaciones.


El efecto Doppler recibe su nombre del físico austríaco Christian Andreas Doppler, quién en 1842 presentó su innovadora idea en un congreso de ciencias  naturales en Praga (República Checa). Este efecto sonoro consiste en la variación aparente de la frecuencia de la onda debido al movimiento relativo de la fuente sonora y el oyente, percibimos los efectos del efecto Doppler cuando una ambulancia pasa rápidamente por la calle y escuchamos una especie de zumbido, agudo cuando el vehículo se acerca y grave cuando se aleja. La aplicación de este efecto ha permito a los científicos obtener numerosos avances en el campo de la astrofísica  y la creación de aparatos como el radar y la ecografía.

¿Qué es el efecto Doppler?

Cuando estamos esperando en un paradero y pasa una ambulancia, camión de bomberos o auto de policía a gran velocidad por la calle, el tono en que percibimos la sirena cambia de agudo a grave, cuando está acercándose y alejándose respectivamente. Este fenómeno es conocido como efecto Doppler.

Fue expuesto por primera vez en el mundo científico  en 1842 por Christian Andreas Doppler en el congreso de ciencias naturales de Praga, República Checa. Tres años más tarde fue demostrado experimentalmente por el científico Christoph Diederik con una ingeniosa puesta en escena, subió a un grupo de trompetistas profesionales a un tren en movimiento indicándoles que tocaran una nota en particular, un segundo grupo de músicos veía pasar el tren, escuchaba y registraba la nota que percibían, los resultados obtenidos verificaron el planteamiento de Christian Doppler.

El efecto Doppler se define como el cambio aparente de la frecuencia de una onda debido al movimiento relativo de la fuente sonora y el oyente, esto ocurre cuando sólo uno está en movimiento o sus velocidades son distintas.

Cuando no hay movimiento de la fuente ni del oyente el sonido no sufre modificaciones. En la imagen, el conductor del auto y los observadores escuchan un sonido de igual frecuencia (tono).

doppler1

Cuando la fuente está en movimiento, las ondas se acumulan delante de ésta provocando que los frentes de onda estén a menor distancia generando que el oyente ubicado delante de la fuente escuche un sonido de mayor frecuencia, es decir, más agudo. Los frentes de onda  que van hacia atrás de la fuente sonora están más separados, ello genera que el oyente ubicado detrás de la fuente escuche un sonido de menor frecuencia, más grave. Por lo tanto sólo el conductor del automóvil escuchará el sonido original.

doppler2

La frecuencia  que tendrá la onda percibida puede calcularse matemáticamente a través de la siguiente fórmula.

doppler.frec

Donde:

  • f´: frecuencia aparente
  • f: frecuencia original (emitida por la fuente)
  • Vo: velocidad relativa de la fuente y el observador (tendrá signo + si se acercan  y – si se alejan)
  • V: velocidad de la onda (la del sonido en el aire es 340m/s)

Aplicaciones

Las principales aplicaciones del efecto Doppler son:

Radar: Los radares Doppler emiten ondas de radio con una frecuencia constante, los objetos en movimiento reflejan las ondas con una frecuencia distinta a la emitida, este cambio de frecuencia permite calcular su distancia y velocidad, incluso si están fuera del alcance visual.

Ecocardiografía: Se sustenta en la emisión y recepción de ondas de ultrasonido, los fenómenos asociados a este tipo de ondas (reflexión, dispersión, etc.) permiten estudiar estructuras internas del cuerpo humano sin causar ningún daño en las personas.

Astronomía: Gracias al efecto Doppler ha sido posible determinar la estructura de las galaxias, estudiar las estrellas y el movimiento de algunos cuerpos celestes. Todo ello se consigue observando el color de los cuerpos celestes pues la luz, al igual que el sonido, cambia de frecuencia, devolviendo una luz de un color distinto a la emitida.