Efecto Doppler
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El documento explica el efecto Doppler, que es el cambio en la frecuencia de sonido percibida por un observador cuando la fuente del sonido se mueve en relación al observador. La frecuencia percibida es más alta cuando la fuente se acerca y más baja cuando se aleja, debido a la compresión y expansión de las ondas de sonido. El efecto lleva el nombre de Christian Doppler, quien lo describió por primera vez.
Efecto Doppler
- 1. Efecto Doppler Documento reproducido del original por Elba M. Sepúlveda para Física Online
- 2. Página Principal Si te haz detenido a la orilla de la carretera mientras se acerca un auto tocando su bocina, habrás notado el cambio en el tono del sonido según el auto se acerca y luego se aleja. Esta variación en el tono se debe al llamado efecto Dooppler. Este fenómeno fue nombrado en honor a Christian Doppler, científico austriaco, quien fue el primero en describirlo. Te invitamos a estudiar este interesante tema
- 3. Intoducción
- 4. Fuente de sonido en reposo Cuando un objeto vibra a razón de 20 Hz a 20kHz en un medio, produce ondas sónicas. Estas ondas se propagan simétricamente en todas direcciones a través del medio y con rapidez constante. Como los frente de onda se desplazan con igual rapidez, el largo de onda, al igual que la frecuencia son iguales en todas direcciones. Así que para cualquier observador alrededor de la fuente el sonido emitido será el mismo.
- 5. Fuente de sonido en movimiento Si la fuente de sonido comienza a moverse, la propagación de la onda deja de ser simétrica. Aunque la onda se propague con igual rapidez en todas direcciones, el movimiento de la fuente hace que los largos de onda se compriman del lado que queda a favor del movimiento. Mientras que los largos de onda del lado opuesto se expanden. Como la rapidez del sonido permanece constante; una variación en el largo de onda implica un cambio en la frecuencia. Por ello, para un observador frente a la fuente percibirá un sonido con una frecuencia más alta de la real. Mientras que para un observador detrás de la fuente percibirá un sonido de frecuencia baja.
- 6. Fuente de sonido en movimiento Para el observador en el punto A, el sonido será más agudo que el sonido real. Por otro lado, un observador en el punto B, percibirá un sonido más grave que el real.
- 7. Animación
- 8. Expresión matemática No cabe dudas que la frecuencia observada por cualquier observador, depende de la rapidez de la fuente y de la posición del observador respecto al movimiento. Matemáticamente se resume de la siguiente manera:
- 9. Expresión matemática Donde f o es la frecuencia percibida por el observador V s es la rapidez del sonido a través del medio de propagación V es la rapidez de la fuente f es la frecuencia real emitida por la fuente. Se utiliza la operación suma en el denominador si la fuente se aleja del observador y la resta si la fuente se acerca.
- 10. Ejemplo: Un auto toca su bocina (440 Hz) mientras se acerca a un ciclista a la orilla del camino. ¿Qué frecuencia escuchará el ciclista si el auto se acerca a 11 m/s?
- 11. Ejemplo: Un auto toca su bocina (440 Hz) mientras se acerca a un ciclista a la orilla del camino. ¿Qué frecuencia escuchará el ciclista si el auto se acerca a 11 m/s? El observador percibirá una frecuencia mayor a la real, debido a que la fuente se acerca.
- 12. Fuente de sonido en movimiento Cuando la fuente alcanza una rapidez igual a la rapidez del sonido a través del medio, un observador frente a la fuente no percibirá nada hasta que la fuente llegue a su posición. Debido a la gran presión acumulada por los frentes de la onda, el observador percibirá un estruendo. Este estruendo es la suma de todos los frentes de ondas comprimidos.
- 13. La barrera del sonido La presión acumulada por los frentes de onda comprimidos, debido a que el objeto se mueve a la velocidad del sonido, forma una especie de barrera. Muchos pilotos reportan haber obsercado esta barrera durante sus vuelos a la velocidad del sonido, tambien llamada Mach 1. Esta barrera es llamada la barrera del sonido.
- 14. La barrera del sonido En la imagen, se observa la llamada barrera del sonido. Este proyectil viaja a Mach 1.01 (346 m/s).
- 15. La barrera del sonido En la foto, un F-18 de la marina de los E.U. en el momento en que rompe la barrera del sonido. Las condiciones de temperatura y densidad del vapor de agua, hicieron posible la formación de la nube en la región de la barrera.
- 16. El primer hombre en romper la barrera del sonido fue el piloto de la Fuerza Aérea de los E.U., el entonces Capitán Chuck Yaeger. Hizo este vuelo en octubre de 1947 a bordo de un avión X-1 impulsado por cohetes.
- 17. Más rápido que el sonido… La tecnología ha hecho posible el romper la barrera del sonido, este es el caso de los llamados aviones supersónicos. Cuando se rompe la barrera del sonido, el objeto se adelanta a los frentes de onda. Un observador frente a la fuente, verá pasar al objeto y un tiempo después, percibirá el sonido. Los frente de onda forman una especie de cono sónico en el que el ángulo del mismo depende de la razón existente entre la rapidez del objeto y la rapidez del sonido.
- 18. Mientras más rápido viaje la fuente de sonido, mayor el tiempo tardará el observador en percibir el sonido.
- 19. Ejemplo: La fuente viajó el doble de la distancia viajada por el sonido en igual tiempo. Esto indica que la fuente viaja a Mach 2.
- 20. Tareas Para aprender más sobre el efecto doppler y sus aplicaciones, asignamos las siguientes lecturas: Detectores de velocidad Usos en la astronomía Usos en la medicina Usos en la meteorología
- 21. Referencias Hewitt, Paul G. (2002) Conceptual Physics . Prentice Hall Walker, James S. (2002) Physics . Prentice Hall.