¿Qué es el efecto Doppler? Cómo calcular la frecuencia de una onda recibida

Una persona puede percibir el sonido de manera diferente si la fuente de sonido y el oyente se mueven entre sí. Puede parecer más alto o más bajo de lo que realmente es.

si la fuente ondas sonoras y el receptor están en movimiento, la frecuencia del sonido que percibe el receptor difiere de la frecuencia de la fuente de sonido. A medida que se acercan, la frecuencia aumenta y, a medida que se alejan, disminuye. Este fenómeno se llama efecto Doppler , que lleva el nombre del científico que lo descubrió.

Efecto Doppler en acústica.

Muchos de nosotros hemos visto cómo cambia el tono del silbato de un tren a medida que pasa de alta velocidad. Depende de la frecuencia de la onda sonora que capta nuestro oído. A medida que se acerca un tren, esta frecuencia aumenta y la señal se vuelve más alta. A medida que nos alejamos del observador, la frecuencia disminuye y escuchamos un sonido más bajo.

El mismo efecto se observa cuando el receptor de sonido está en movimiento y la fuente está estacionaria, o cuando ambos están en movimiento.

El físico austriaco Christian Doppler explicó por qué cambia la frecuencia de las ondas sonoras. En 1842, describió por primera vez el efecto del cambio de frecuencia, llamado efecto Doppler .

Cuando un receptor de sonido se acerca a una fuente estacionaria de ondas sonoras, por unidad de tiempo se encuentra en su camino. mas olas que si estuviera estacionario. Es decir, percibe más alta frecuencia y escucha un tono más alto. Cuando se aleja, el número de ondas atravesadas por unidad de tiempo disminuye. Y el sonido parece más bajo.

Cuando una fuente de sonido se mueve hacia el receptor, parece alcanzar la onda creada por ella. Su longitud disminuye, por lo tanto su frecuencia aumenta. Si se aleja, la longitud de onda se vuelve más larga y la frecuencia más baja.

Cómo calcular la frecuencia de una onda recibida

Una onda sonora sólo puede propagarse en un medio. Su longitud λ depende de la velocidad y dirección de su movimiento.

Dónde ω 0 - frecuencia circular con la que la fuente emite ondas;

Con - velocidad de propagación de las ondas en el medio;

v - la velocidad con la que se mueve la fuente de onda en relación con el medio. Su valor es positivo si la fuente se acerca al receptor y negativo si se aleja.

El receptor fijo percibe la frecuencia.

Si la fuente de sonido está estacionaria y el receptor está en movimiento, entonces la frecuencia que percibirá es igual a

Dónde tu - velocidad del receptor en relación con el medio. Ella tiene valor positivo, si el receptor se acerca a la fuente, y negativo si se aleja.

En general, la fórmula para la frecuencia percibida por el receptor es:

El efecto Doppler se observa para ondas de cualquier frecuencia, así como para radiación electromagnética.

¿Dónde se aplica el efecto Doppler?

El efecto Doppler se utiliza siempre que es necesario medir la velocidad de objetos que son capaces de emitir o reflejar ondas. La condición principal para la aparición de este efecto es el movimiento de la fuente de onda y el receptor entre sí.

El radar Doppler es un instrumento que emite una onda de radio y luego mide la frecuencia de la onda reflejada por un objeto en movimiento. Al cambiar la frecuencia de la señal, determina la velocidad del objeto. Los agentes de la policía de tránsito utilizan estos radares para identificar a los infractores que exceden el límite de velocidad permitido. El efecto Doppler se utiliza en la navegación marítima y aérea, en detectores de movimiento en sistemas de seguridad, para medir la velocidad del viento y las nubes en meteorología, etc.

A menudo escuchamos sobre un estudio de este tipo en cardiología como la ecocardiografía Doppler. El efecto Doppler se utiliza en este caso para determinar la velocidad de movimiento de las válvulas cardíacas y la velocidad del flujo sanguíneo.

E incluso la velocidad de movimiento de estrellas, galaxias y otras. cuerpos celestiales Aprendí a determinar mediante el cambio de líneas espectrales utilizando el efecto Doppler.

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✪ Efecto Doppler. Introducción

✪ Lección 378. Efecto Doppler en acústica

✪ Número 5: Efecto Doppler, corrimiento al rojo, Big Bang.

Subtítulos

En este vídeo hablaremos de dos fuentes de ondas. Pero uno de ellos estará estacionario y el otro se moverá. Digamos que se mueve hacia la derecha a una velocidad de 5 metros por segundo. Pensemos en dónde estará la cresta de la ola en 3-4 segundos. Digamos que ambas fuentes emiten ondas y su velocidad de propagación es de 10 metros por segundo. Piense en ello como ondas sonoras, aunque el sonido en el aire viaja mucho, mucho más rápido que 10 metros por segundo. Pero esto simplificará nuestros cálculos, especialmente para una fuente que se mueve hacia la derecha a una velocidad de 5 metros por segundo. Me gustaría que entendieras la lógica de lo que está sucediendo, así que simplifiquemos los cálculos. Ambas fuentes emiten ondas, su velocidad de propagación es de 10 metros por segundo. El período de la onda será de 1 segundo por ciclo. Si el período es de 1 segundo por ciclo, entonces frecuencia de onda , emitido por la fuente, es el recíproco del período. Entonces la frecuencia será la inversa del período. El recíproco de 1 es 1. Pero 1 ciclo por segundo. Si un ciclo se completa en un segundo, entonces se completa un ciclo por segundo. Veamos qué está pasando aquí. Digamos que la fuente emitió una onda hace exactamente 1 segundo. ¿Dónde estará ahora la cresta de la ola? Consideremos una fuente estacionaria. Esta fuente emitió una onda hace un segundo. Ella se aleja de él. La onda se propaga en dirección radial desde la fuente. Debes indicar la dirección si estás hablando de un vector. La velocidad de propagación es de 10 metros por segundo. Entonces, si una onda fue emitida hace un segundo, debe viajar 10 metros radialmente desde la fuente. Digamos que la cresta de la ola está aquí. Aquí es donde estará la cresta de la ola. Intentaré dibujar con mayor precisión. Aquí está el peine. ¿Dónde estará la cresta de la onda emitida hace un segundo? Podrías decidir que sólo necesitas dibujar un círculo con un radio de 10 metros alrededor de la fuente. Pero hace un segundo él no estaba aquí. Estaba 5 metros a la izquierda. Recuerde, se mueve hacia la derecha a 5 metros por segundo. Hace un segundo estaba 5 metros a la izquierda. Podría estar por aquí. Y la cresta de la onda emitida hace un segundo no estará a 10 metros de esta fuente. Estará a 10 metros del lugar donde se encontraba la fuente. Entonces, copia y pega. Como esto. Ahora la fuente está aquí. Y aquí estaba hace un segundo, cuando soltó una ola que se alejó 10 metros. Un poco impreciso, lo moveré ahora. Son 5 metros. Este es 10. Creo que entiendes el significado. Continuemos. Pensemos en la cresta de onda emitida por ambas fuentes hace 2 segundos. Este estuvo inmóvil todo el tiempo. La onda que emite diverge a una velocidad de 10 metros por segundo. Entonces la cresta está ubicada en un círculo con un radio de 20 metros centrado en la fuente. Se verá algo como esto. Por aquí. Este. El centro de distribución no estará aquí ni aquí. El centro estará en este punto donde estaba la fuente hace 2 segundos. Repitámoslo una vez más. ¿Qué pasará con la cresta de la onda emitida hace 3 segundos? Debe ubicarse en un círculo con un radio de 30 metros, por lo que este se encuentra a otros 10 metros del círculo anterior. Estará aquí. Esta fuente sigue inmóvil. ¿Qué pasa con esta fuente? Con el segundo, averigüémoslo. No estaba aquí hace 3 segundos. Él estaba aqui. ¿Entonces? Hace un segundo - aquí. Hace 2 segundos - aquí. 3 segundos - aquí. Entonces necesitamos un radio de 30 metros desde este punto. Nuevamente, copie y pegue aquí. El centro del círculo estará aproximadamente aquí. Ahora pensemos en cuál será la frecuencia de la onda para la percepción de los observadores. Coloquemos al observador aquí, aunque puedes colocarlo en cualquier lugar alrededor de la fuente. Otro observador estará aquí. Y el tercero está aquí. ¿Qué percibirá este observador? Cada segundo recibe un impulso; aquí hay un par de momentos más. ¿Cuál es, por ejemplo, la longitud de onda aquí? Cada segundo la fuente emite un pulso. Entonces el impulso emitido hace un segundo recorrerá 10 metros. Y la fuente emite el siguiente impulso. Los pulsos están separados por 1 segundo, pero como recorren 10 metros en ese tiempo, también están separados por 10 metros. Entonces, la longitud de onda en este caso será de 10 metros. La distancia entre estas crestas es de 10 metros. Ahora, respecto al segundo caso. Todo depende de si la fuente sonora se acerca a ti o se aleja, como es el caso de este observador. Cuando se acerca a ti, emite impulsos. Por ejemplo, emitió un pulso desde aquí y se movió 5 metros hacia la derecha antes de emitir el siguiente pulso. Así que la distancia entre las crestas ya no será de 10 metros, como aquí, porque la fuente ha reducido la distancia en 5 metros en esta dirección. Así, las crestas estarán separadas por sólo 5 metros. Y la longitud de onda aquí será de sólo 5 metros. Puedes verlo por ti mismo. lado izquierdo, cuando la fuente se aleja de usted, esta distancia debe ser de 10 metros, pero con cada segundo la fuente se aleja de usted 5 metros. Entonces la longitud de onda percibida aquí será de 15 metros. Puedes ver esto claramente. Para ello, dibujé todo exactamente de esta manera. ¿Cuál será la frecuencia de las ondas percibidas por el observador? Una de las crestas acaba de alcanzar a este observador. Pasará exactamente 1 segundo antes de que llegue la siguiente cresta, porque se mueve a una velocidad de 10 metros por segundo. Entonces percibe ondas con una frecuencia de 1 cresta, o 1 ciclo por segundo, o 1 Hz, lo cual tiene sentido. La fuente está inmóvil. El observador y la fuente están inmóviles entre sí. Estamos hablando de mecanica clasica, sin afectar a los relativistas y a todos los demás. Pero la frecuencia percibida por el observador es exactamente la misma que la frecuencia de la onda emitida por la fuente. Y ahora, respecto a este caso. Para este observador, las crestas están separadas por 5 metros. Imaginemos que un tren se acerca al observador, las crestas están separadas por 5 metros, pero la velocidad de propagación es de 10 metros por segundo. Entonces, ¿cuántas crestas llegan al observador por segundo? Habrá 2 de ellos. Este llegará al observador en medio segundo, luego, después de otro medio segundo, aparecerá el segundo. O puede decir que este tardará medio segundo y este le llegará en un segundo. El observador alcanza 2 crestas por segundo. Puedes expresar esto de 2 maneras. Podemos decir que en este caso el periodo es igual a medio segundo por ciclo. O podemos decir que la frecuencia percibida por el observador será de 2 ciclos por segundo. Aviso, percibido por este observador. la frecuencia es mayor, porque las olas, o crestas de olas, pasan por él con mayor frecuencia. Y esto se debe al hecho de que la fuente se acerca al observador y éste se acerca. Pero este es el caso contrario. Digamos que esta cresta acaba de llegar al observador. ¿Cuánto tiempo tardará la siguiente cresta en recorrer estos 15 metros? La velocidad de propagación de las ondas es de 10 metros por segundo. Así, el periodo percibido por el observador será de 1,5 segundos por ciclo. Encontramos recíproco: 1,5 es 3/2, es decir, resulta ser 2/3, o puedes decir 2/3 ciclos por segundo. Entonces, si la fuente se aleja del observador, la frecuencia, o frecuencia percibida, es menor que la frecuencia real de la onda emitida por la fuente. A medida que se acerca la fuente, la frecuencia aumenta. Esto puede parecer inusual, pero probablemente le resulte familiar por experiencia. Esto se llama efecto Doppler, del que probablemente hayas oído hablar. Esto es exactamente lo que puedes observar estando cerca del ferrocarril. Pero no te acerques demasiado. Digamos que un tren se acerca a usted con la sirena a todo volumen. El sonido producido por la sirena será muy agudo. Luego, cuando el tren pasa y comienza a alejarse, el sonido disminuye significativamente. Este es el rango percibido, es la forma en que el cerebro y los oídos detectan la frecuencia de un sonido. Cuando el tren se acerca a usted, es de alta velocidad y alta frecuencia. Al alejarse de usted: rango bajo, frecuencia baja. Espero que el diagrama que representé te proporcione comprensión visual cómo funciona todo, por qué estos puntos en las crestas se acercan entre sí cuando se acercan a usted y se alejan cuando la fuente se aleja de usted. A continuación, derivaremos fórmulas generalizadas para la relación entre la frecuencia percibida por el observador y la emitida por la fuente. Subtítulos de la comunidad Amara.org

Historia del descubrimiento

Basándose en sus propias observaciones de las ondas en el agua, Doppler sugirió que en el aire ocurren fenómenos similares a los de otras ondas. Basado teoria de las ondas en 1842 concluyó que acercar una fuente de luz al observador aumenta la frecuencia observada, mientras que alejarla la disminuye (artículo “Sobre la luz coloreada de las estrellas dobles y algunas otras estrellas en los cielos” (Inglés) ruso"). Doppler fundamentó teóricamente la dependencia de la frecuencia de las vibraciones del sonido y la luz percibidas por el observador de la velocidad y dirección del movimiento de la fuente de ondas y del observador entre sí. Posteriormente, este fenómeno recibió su nombre.

Doppler utilizó este principio en astronomía y trazó un paralelo entre acústico y fenómenos ópticos. Creía que todas las estrellas irradian luz blanca, sin embargo, el color cambia debido a su movimiento hacia o alejándose de la Tierra (este efecto para los considerados por Doppler estrellas dobles muy pequeña). Aunque los cambios de color no podían observarse con los equipos de la época, la teoría sobre el sonido se puso a prueba ya en 1845. Sólo el descubrimiento del análisis espectral permitió comprobar experimentalmente el efecto en óptica.

Críticas a la publicación de Doppler

La base principal de las críticas fue que el artículo no tenía evidencia experimental y era puramente teórico. A pesar de explicación general Si bien sus teorías y las ilustraciones de apoyo que proporcionó para el sonido eran correctas, sus explicaciones y nueve argumentos de apoyo sobre el cambio de color de las estrellas no eran correctos. El error se produjo debido a la idea errónea de que todas las estrellas emiten luz blanca, y Doppler aparentemente no conocía los descubrimientos de la radiación infrarroja (W. Herschel, 1800) y ultravioleta (I. Ritter, 1801).

Aunque el efecto Doppler había sido confirmado experimentalmente para el sonido en 1850, bases teóricas provocó un acalorado debate, que fue provocado por Joseph Petzval. Las principales objeciones de Petzval se basaban en exagerar el papel Matemáticas avanzadas. Respondió a la teoría de Doppler con su artículo "Sobre los principios fundamentales del movimiento ondulatorio: la ley de conservación de la longitud de onda", presentado en una reunión de la Academia de Ciencias el 15 de enero de 1852. En él, argumentó que una teoría no puede ser valiosa si se publica en sólo 8 páginas y utiliza sólo ecuaciones simples. En sus objeciones, Petzval mezcló dos absolutamente diferentes casos movimiento del observador y la fuente y movimiento del medio. EN el último caso, según la teoría Doppler, la frecuencia no cambia.

Verificación experimental

En 1845, un meteorólogo holandés de Utrecht, Christopher Henrik Diederik Beuys-Ballot, confirmó el efecto Doppler del sonido en ferrocarril entre Utrecht y Ámsterdam. La locomotora, que alcanzaba la entonces increíble velocidad de 64 km/h, arrastraba un vagón abierto con un grupo de trompetistas. Ballot escuchó los cambios de tono mientras el carruaje se movía a medida que se acercaba y se alejaba. Ese mismo año, Doppler realizó un experimento utilizando dos grupos de trompetistas, uno alejándose de la estación y el otro permaneciendo estacionario. Confirmó que cuando las orquestas tocan una nota, están en disonancia. En 1846 publicó una versión revisada de su teoría, en la que consideraba tanto el movimiento de la fuente como el movimiento del observador. Más tarde en 1848 físico francés Armand Fizeau generalizó el trabajo de Doppler, extendiendo su teoría a la luz (calculó el desplazamiento de las líneas en los espectros). cuerpos celestiales). En 1860, Ernst Mach predijo que las líneas de absorción en los espectros de las estrellas asociadas con la propia estrella deberían exhibir el efecto Doppler, y también existen líneas de absorción en estos espectros. origen terrenal, que no detectan el efecto Doppler. La primera observación relevante fue hecha en 1868 por William Huggins.

G. Vogel obtuvo la confirmación directa de las fórmulas de Doppler para las ondas de luz en 1871 comparando las posiciones de las líneas de Fraunhofer en espectros obtenidos de bordes opuestos del ecuador solar. Velocidad relativa Los bordes, calculados a partir de los valores de los intervalos espectrales medidos por G. Vogel, resultaron estar cerca de la velocidad calculada a partir del desplazamiento. manchas solares.

La esencia del fenómeno.

También es importante el caso en el que una partícula cargada se mueve en un medio con una velocidad relativista. En este caso, la radiación de Cherenkov, que está directamente relacionada con el efecto Doppler, se registra en el sistema de laboratorio.

Descripción matemática del fenómeno.

Si la fuente de onda se mueve con respecto al medio, entonces la distancia entre las crestas de la onda (longitud de onda λ) depende de la velocidad y la dirección del movimiento. Si la fuente se mueve hacia el receptor, es decir, alcanza la onda emitida por él, entonces la longitud de onda disminuye, si se aleja, la longitud de onda aumenta:

¿Dónde está la frecuencia angular con la que la fuente emite ondas? c (displaystyle c)- velocidad de propagación de las ondas en el medio, v (\displaystyle v)- la velocidad de la fuente de onda con respecto al medio (positiva si la fuente se acerca al receptor y negativa si se aleja).

Frecuencia registrada por un receptor fijo

Del mismo modo, si el receptor se mueve hacia las olas, registra con mayor frecuencia sus crestas y viceversa. Para una fuente estacionaria y un receptor en movimiento

Dónde tu (\displaystyle u)- la velocidad del receptor con respecto al medio (positiva si se mueve hacia la fuente).

Sustituyendo en su lugar ω 0 (\displaystyle \omega _(0)) en la fórmula (2) el valor de la frecuencia ω (\displaystyle \omega ) de la fórmula (1), obtenemos la fórmula para caso general:

Efecto Doppler relativista

Dónde c (displaystyle c)- velocidad de la luz, v (\displaystyle v)- velocidad de la fuente en relación con el receptor (observador), θ (\displaystyle \theta )- el ángulo entre la dirección a la fuente y el vector de velocidad en el sistema de referencia del receptor. Si la fuente se aleja radialmente del observador, entonces θ = 0 (\displaystyle \theta =0), si se acerca, entonces θ = π (\displaystyle \theta =\pi ).

El efecto Doppler relativista se debe a dos motivos:

• análogo clásico del cambio de frecuencia en movimiento relativo fuente y receptor;

El último factor conduce a efecto Doppler transversal, cuando el ángulo entre el vector de onda y la velocidad de la fuente es igual a θ = π 2 (\displaystyle \theta =(\frac (\pi )(2))). En este caso, el cambio de frecuencia es puramente efecto relativista, que no tiene análogo clásico.

Si la fuente de la onda se mueve con respecto al medio, entonces la distancia entre las crestas de la onda (longitud de onda) depende de la velocidad y la dirección del movimiento. Si la fuente se mueve hacia el receptor, es decir, alcanza la onda que emite, entonces la longitud de onda disminuye. Si se elimina, la longitud de onda aumenta.

Frecuencia de onda en vista general, depende sólo de qué tan rápido se mueve el receptor

Tan pronto como la onda parte de la fuente, la velocidad de su propagación está determinada únicamente por las propiedades del medio en el que se propaga; la fuente de la onda ya no juega ningún papel. En la superficie del agua, por ejemplo, las ondas, una vez excitadas, se propagan sólo debido a la interacción de fuerzas de presión, tensión superficial y gravedad. Las ondas acústicas se propagan en el aire (y otros medios conductores de sonido) debido a la transmisión direccional de diferencias de presión. Y ninguno de los mecanismos de propagación de las ondas depende de la fuente de las ondas. Por eso efecto Doppler.

Para que quede más claro, consideremos un ejemplo de un automóvil con sirena.

Primero supongamos que el automóvil está parado. El sonido de la sirena nos llega porque la membrana elástica de su interior actúa periódicamente sobre el aire, comprimiéndolo - áreas hipertensión, - alternando con descargas. Los picos de compresión, las “crestas” de una onda acústica, se propagan a través del medio (aire) hasta llegar a nuestros oídos e impactar en los tímpanos. Así, mientras el coche esté parado, seguiremos escuchando el tono inalterado de su señal.

Pero tan pronto como el coche empiece a moverse en tu dirección, se añadirá uno nuevo. Efecto. Durante el tiempo que transcurre entre la emisión de un pico de onda y el siguiente, el coche recorrerá cierta distancia hacia usted. Debido a esto, la fuente de cada pico de onda posterior estará más cerca. Como resultado, las ondas llegarán a sus oídos con más frecuencia que cuando el automóvil estaba parado y el tono del sonido que percibirá aumentará. Y, a la inversa, si un coche con señal acústica va en sentido contrario, los picos ondas acusticas llegará a sus oídos con menos frecuencia y la frecuencia percibida del sonido disminuirá.

Tiene importante en astronomía, sonar y radar. En astronomía, el desplazamiento Doppler de una determinada frecuencia de la luz emitida se puede utilizar para juzgar la velocidad del movimiento de una estrella a lo largo de su línea de observación. El resultado más sorprendente proviene de observar el desplazamiento Doppler en las frecuencias de la luz de galaxias distantes: el llamado desplazamiento al rojo indica que todas las galaxias se alejan de nosotros a velocidades de aproximadamente la mitad de la velocidad de la luz, aumentando con la distancia. La cuestión de si el Universo se está expandiendo de manera similar o si el corrimiento al rojo se debe a algo más que a la "dispersión" de las galaxias sigue abierta.

En la fórmula que utilizamos.

La fuente de las olas se mueve hacia la izquierda. Luego, a la izquierda, la frecuencia de las ondas aumenta (más), y a la derecha, disminuye (menos); en otras palabras, si la fuente de las ondas alcanza las ondas que emite, entonces la longitud de onda disminuye. Si se elimina, la longitud de onda aumenta.

efecto Doppler- un cambio en la frecuencia y longitud de las ondas registradas por el receptor, causado por el movimiento de su fuente y/o el movimiento del receptor.

La esencia del fenómeno.

El efecto Doppler es fácil de observar en la práctica cuando un automóvil con la sirena pasa junto al observador. Supongamos que la sirena produce un tono determinado y no cambia. Cuando el coche no se mueve con respecto al observador, este oye exactamente el tono que emite la sirena. Pero si el automóvil se acerca al observador, la frecuencia de las ondas sonoras aumentará (y la longitud disminuirá) y el observador escuchará un tono más alto que el que realmente emite la sirena. En el momento en que el coche pase junto al observador, éste oirá el mismo tono que emite la sirena. Y cuando el coche avanza más y se aleja en lugar de acercarse, el observador oirá un tono más bajo debido a la menor frecuencia (y, en consecuencia, a su mayor longitud) de las ondas sonoras.

También es importante el caso en el que una partícula cargada se mueve en un medio con una velocidad relativista. En este caso, la radiación de Cherenkov, directamente relacionada con el efecto Doppler, se registra en el sistema de laboratorio.

Descripción matemática

Si la fuente de la onda se mueve con respecto al medio, entonces la distancia entre las crestas de la onda (longitud de onda) depende de la velocidad y la dirección del movimiento. Si la fuente se mueve hacia el receptor, es decir, alcanza la onda emitida por él, entonces la longitud de onda disminuye, si se aleja, la longitud de onda aumenta:

donde es la frecuencia con la que la fuente emite ondas, es la velocidad de propagación de las ondas en el medio, es la velocidad de la fuente de ondas con respecto al medio (positiva si la fuente se acerca al receptor y negativa si se aleja).

Frecuencia registrada por un receptor fijo

¿Dónde está la velocidad del receptor en relación con el medio (positiva si se mueve hacia la fuente)?

Sustituyendo el valor de frecuencia de la fórmula (1) en la fórmula (2), obtenemos la fórmula para el caso general:

donde es la velocidad de la luz, es la velocidad de la fuente en relación con el receptor (observador), es el ángulo entre la dirección a la fuente y el vector de velocidad en el sistema de referencia del receptor. Si la fuente se aleja radialmente del observador, entonces, si se acerca - .

El efecto Doppler relativista se debe a dos motivos:

• análogo clásico del cambio de frecuencia con movimiento relativo de la fuente y el receptor;

El último factor conduce al efecto Doppler transversal, cuando el ángulo entre el vector de onda y la velocidad de la fuente es igual a . En este caso, el cambio de frecuencia es un efecto puramente relativista que no tiene análogo clásico.

Cómo observar el efecto Doppler

Dado que el fenómeno es característico de cualquier onda y flujo de partículas, es muy fácil de observar en el caso del sonido. Frecuencia vibraciones de sonido El oído lo percibe como el tono de un sonido. Debe esperar una situación en la que un automóvil o tren en rápido movimiento pase junto a usted y emita un sonido, por ejemplo, una sirena o simplemente señal de sonido. Escuchará que cuando el auto se acerque a usted, el tono del sonido será más alto, luego, cuando el auto lo alcance, bajará bruscamente y luego, a medida que se aleja, el auto tocará la bocina con una nota más baja.

Solicitud

• El radar Doppler es un radar que mide el cambio de frecuencia de una señal reflejada por un objeto. A partir del cambio de frecuencia se calcula la componente radial de la velocidad del objeto (la proyección de la velocidad sobre una línea recta que pasa por el objeto y el radar). Los radares Doppler se pueden utilizar en la mayoría Diferentes areas: para determinar la velocidad aeronave, barcos, automóviles, hidrometeoros (como nubes), corrientes marinas y fluviales, y otros objetos.

• Astronomía
  • La velocidad radial del movimiento de estrellas, galaxias y otros cuerpos celestes está determinada por el desplazamiento de las líneas del espectro. Mediante el efecto Doppler se determina su velocidad radial a partir del espectro de los cuerpos celestes. Cambiar las longitudes de onda de las vibraciones de la luz conduce al hecho de que todas las líneas espectrales en el espectro fuente se desplazan hacia ondas largas, si su velocidad radial se dirige lejos del observador (desplazamiento al rojo), y hacia los cortos, si la dirección de la velocidad radial es hacia el observador (desplazamiento al violeta). Si la velocidad de la fuente es pequeña en comparación con la velocidad de la luz (300.000 km/s), entonces la velocidad radial es igual a la velocidad de la luz multiplicada por el cambio en la longitud de onda de cualquier línea espectral y dividido por la longitud de onda de la misma línea en una fuente estacionaria.
  • La temperatura de las estrellas se determina aumentando el ancho de las líneas espectrales.
• Medición no invasiva de la velocidad del flujo. El efecto Doppler se utiliza para medir el caudal de líquidos y gases. La ventaja de este método es que no requiere colocar sensores directamente en el flujo. La velocidad está determinada por la dispersión de los ultrasonidos sobre las faltas de homogeneidad del medio (partículas en suspensión, gotas de líquido que no se mezclan con el flujo principal, burbujas de gas).
• Alarmas de seguridad. Para detectar objetos en movimiento
• Determinación de coordenadas. En el sistema de satélites Cospas-Sarsat, las coordenadas de un transmisor de emergencia en tierra las determina el satélite a partir de la señal de radio que recibe mediante el efecto Doppler.

arte y Cultura

• En el sexto episodio de la primera temporada de la serie de televisión de comedia estadounidense "The Big Bang Theory", el Dr. Sheldon Cooper va a Halloween, para lo cual viste un disfraz que simboliza el efecto Doppler. Sin embargo, todos los presentes (excepto sus amigos) piensan que es una cebra.

Notas

ver también

Enlaces

• Utilizando el efecto Doppler para medir las corrientes oceánicas

Fundación Wikimedia. 2010.

Vea qué es el “efecto Doppler” en otros diccionarios:

efecto Doppler- Efecto Doppler Un cambio en la frecuencia que ocurre cuando el transmisor se mueve con respecto al receptor o viceversa. [L.M. Nevdiaev. Tecnologías de telecomunicaciones. inglés ruso Diccionario directorio. Editado por Yu.M. Gornostaeva. Moscú… Guía del traductor técnico

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El efecto Doppler es un cambio en la longitud y frecuencia de las ondas registradas por un receptor, lo que provoca el movimiento de su fuente o del propio receptor. El efecto recibió este nombre en honor a Christian Doppler, quien lo descubrió. Probar la hipótesis método experimental Más tarde, el científico holandés Christian Ballot lo consiguió colocando una banda de música en un vagón de ferrocarril abierto y reuniendo en el andén a un grupo de los músicos más talentosos. Cuando un carruaje con una orquesta pasó junto al andén, los músicos tocaron una nota y los oyentes escribieron en un papel lo que escucharon. Como era de esperar, la percepción del tono dependía directamente de , como indica la ley de Doppler.

Acción del efecto Doppler

Explicado este fenómeno bastante sencillo. El tono audible de un sonido se ve afectado por la frecuencia de la onda sonora que llega al oído. Cuando una fuente de sonido se mueve hacia una persona, cada onda posterior llega cada vez más rápido. El oído percibe las ondas con mayor frecuencia, lo que hace que el sonido parezca más agudo. Pero a medida que la fuente sonora se aleja, las ondas posteriores se emiten un poco más lejos y llegan al oído más tarde que las anteriores, por lo que el sonido se siente más bajo.

Este fenómeno ocurre no solo durante el movimiento de la fuente de sonido, sino también durante el movimiento de una persona. Al “correr” hacia una ola, una persona cruza sus crestas con más frecuencia, percibiendo el sonido más alto y alejándose de la ola, viceversa. Por tanto, el efecto Doppler no depende del movimiento de la fuente de sonido o de su receptor por separado. La percepción del sonido correspondiente surge en el proceso de su movimiento entre sí, y este efecto Característica no solo de las ondas sonoras, sino también de la luz y de la radiación radiactiva.

Aplicación del efecto Doppler

El efecto Doppler nunca deja de ser extremadamente papel importante en diversos campos de la ciencia y la actividad humana. Con su ayuda, los astrónomos pudieron descubrir que el universo se expande constantemente y las estrellas "huyen" unas de otras. Además, el efecto Doppler le permite determinar los parámetros de movimiento. astronave y planetas. También constituye la base para el funcionamiento de los radares que utilizan los agentes de la policía de tráfico en los coches. Este mismo efecto es aprovechado por los médicos especialistas quienes, utilizando dispositivo ultrasónico distinguir las venas de las arterias durante las inyecciones.