El efecto Doppler , llamado así por el físico austríaco Christian Andreas Doppler , es el aparente cambio de frecuencia de una onda producida por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador. Doppler propuso este efecto en 1842 en su tratado Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels (Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros). El científico neerlandés Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot investigó esta hipótesis en 1845 para el caso de ondas sonoras y confirmó que el tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que si la fuente se aleja. Hippolyte Fizeau descubrió independientemente el mismo fenómeno en el caso de ondas electromagnéticas en 1848. En Francia este efecto se conoce como "efecto DopplerFizeau" y en los Países Bajos como el "efecto Doppler-Gestirne". En el caso del espectro visible de la radiación electromagnética, si el objeto se aleja, su luz se desplaza a longitudes de onda más largas, desplazándose hacia el rojo. Si el objeto se acerca, su luz presenta una longitud de onda más corta, desplazándose hacia el azul. Esta desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias, y el ojo humano no puede captarlo, solamente medirlo indirectamente utilizando instrumentos de precisión como espectrómetros. Si el objeto emisor se moviera a fracciones significativas de la velocidad de la luz, sí sería apreciable de forma directa la variación de longitud de onda. Sin embargo hay ejemplos cotidianos de efecto Doppler en los que la velocidad a la que se mueve el objeto que emite las ondas es comparable a la velocidad de propagación de esas ondas. Pongamos el ejemplo de una ambulancia que se mueve a través de una carretera. Nosotros estamos parados y vemos cómo se acerca, pasa por delante de nosotros, y después se aleja. ¿Qué oímos?
Según se va a acercando a nosotros, la sirena será cada vez más aguda, mientras que cuando empieza a alejarse pasa a producir un sonido cada vez más grave . Esto es el efecto Doppler. Cuando la fuente del sonido (en este caso la ambulancia) a mbulancia) se mueve respecto al receptor (en (en el ejemplo, nosotros mismos), se producirá un cambio de frecuencias en las ondas sonoras.
En la imagen que se ve sobre estas líneas, el receptor es el micrófono y las fuentes son las sirenas de los coches de policía. Cuando el coche naranja se acerca hacia el micrófono, la frecuencia sonora que queda grabada es más grande de lo normal, es como si las ondas sonoras vinieran " c o m p r i m i d a s " . Según se va alejando, la frecuencia disminuye y al micrófono le llegan unas ondas sonoras más " a l a r g a d a s " que la original. Es decir, un coche en movimiento produciría un frente de ondas comprimidas por delante y un frente de ondas expandidas por detrás. Como el oído humano trata a las altas frecuencias como sonidos agudos y a las bajas frecuencias como sonidos graves, llegamos a la solución de porqué se produce un sonido agudo y después uno grave. Por supuesto, para que se produzca este efecto, el coche debe de ir a una velocidad considerable. Si se encuentra parado, no se nota ninguna variación en la frecuencia sonora, es necesario aumentar la velocidad.
Otro ejemplo, podemos aplicarlo a la luz, ya que también se comporta como onda. El problema es que se necesitan velocidades mucho mayores que las que puede alcanzar un coche, en la vida cotidiana no podemos ver ese tipo de variaciones con facilidad. Si nos fijamos en el dibujo superior, podemos sacar en claro que cuando una fuente de luz (pongamos como ejemplo una estrella) se aleja a grandes velocidades de un receptor (en este caso, el hombre que la mira fijamente), la luz se desplaza en o ndas más largas. Si la fuente de luz se está acercando en vez de alejarse, la luz se desplaza en ondas más cortas. Como habréis comprobado, es algo similar a lo que ocurría con el sonido. Pero, ¿cuál es la consecuencia de que la luz se desplace en ondas cortas o largas? Sencillamente, varía el color del espectro luminoso. Si la luz se desplaza en forma de ondas cortas, se produce un corrimiento al azul; y si se desplaza en forma de ondas largas, se produce un corrimiento al rojo.
Como observamos en la ilustrativa imagen de la izquierda, un objeto que se aleja va provocando un corrimiento al rojo dentro del espectro luminoso. Si se estuviera produciendo un corrimiento al azul, en vez de acercarse a la parte superior roja, se acercarían a la parte inferior azul. Como vemos, el efecto Doppler también está presente en la luz. A modo de resumen, cuando el objeto se aleja a la suficiente velocidad, toma un aspecto rojizo, y cuando se acerca toma un aspecto azulado.
Corrimiento en la frecuencia A menudo el efecto Doppler es solo una pequeña corrección respecto a la frecuencia emitida, debido a que la velocidad de la fuente y del observador es pequeña comparada con la velocidad de la onda en el medio. En este caso, más informativo que dar la frecuencia absoluta, interesa dar el corrimiento en la frecuencia que es la diferencia entre la frecuencia medida por el observador y la emitida por la fuente
También se define el corrimiento relativo como el cociente entre esta cantidad y la frecuencia emitida:
5.1 Caso del observador en movimiento Sustituyendo la frecuencia medida por el observador
5.2 Caso de la fuente en movimiento Si es la fuente la que se mueve, el corrimiento en la frecuencia es exactamente
Si la velocidad de la fuente es muy pequeña comparada podemos despreciar v s frente a c , quedando el corrimiento en la frecuencia
5.3 Caso de fuente y observador en movimiento En este caso tenemos una combinación de los dos anteriores
Despreciando de nuevo v s frente a c , si la velocidad de la fuente es pequeña
Vemos que, aunque el resultado completo para el efecto Doppler depende de las velocidades absolutas respecto al medio, tanto de emisor como de receptor, el corrimiento de frecuencias, cuando es pequeño, depende sólo de la velocidad relativa entre el emisor y el receptor, v = v o − v s.
5.4 Caso de movimiento oblicuo Si las velocidades no son paralelas a la línea que une al emisor con el receptor, el corrimiento Doppler tiene la expresión
Efecto Doppler para la radiación electromagnética El efecto Doppler también se aplica a la radiación electromagnética. Cuando una fuente emisora de ondas de luz o de radio se mueve respecto a un observador se produce una variación de la frecuencia medida. En el caso de la luz procedente de las galaxias, fue el descubrimiento del corrimiento hacia al rojo , lo que permitió averiguar la expansión del Universo. El efecto Doppler para ondas de radio es la base del principio del funcionamiento de los radares, que permiten medir simultáneamente la posición y la velocidad de un vehículo que se mueve respecto a la torre de un aeropuerto. No obstante, cuando se trata de ondas electromagnéticas, las expresiones dadas anteriormente dejan de ser correctas. La razón es que las fórmulas expuestas anteriormente se deducen empleando las fórmulas clásicas de suma de velocidades, que son incorrectas para velocidades comparables a la de la luz (en particular, si una de las velocidades es justamente la de la luz). Para obtener la expresión correcta es preciso emplear la teoría de la relatividad. Esta teoría requiere que la velocidad de la onda (la luz) sea la misma para todos los observadores, y que las expresiones resultantes dependan solo de la velocidad relativa del observador respecto a la fuente y no de cada una por separado.
Cuando se emplean cálculos relativistas resulta la expresión para la frecuencia medida por el observador
Donde v es la velocidad con la que el observador se aleja de la fuente.
El corrimiento en la frecuencia será
En la mayoría de los casos, la velocidad del observador o de la fuente es mucho menor que la de la luz, por lo que se puede hacer la expresión anterior se puede desarrollar en serie de Taylor en torno a v = 0 y resulta
Que es la misma fórmula que en el caso estudiado previamente para el sonido, considerando que v = v o − v s. Así pues, aunque las fórmulas completas son diferentes para el sonido y la luz, si estudiamos solo el corrimiento en la frecuencia para velocidades mucho menores que la de la onda, podemos emplear la misma expresión en los dos casos.
BIBLIOGRAFÍA: http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Doppler http://laplace.us.es/wiki/index.php/Efecto_Doppler http://elbustodepalas.blogspot.com/2010/07/el-efecto-doppler-y-el-origen-del.html
