Ver o código fonte de "Efecto Doppler"

O '''efecto Doppler''', chamado así polo austríaco [[Christian Andreas Doppler]], é o cambio na [[frecuencia]] dunha onda producido polo movemento da fonte respecto ao seu observador, ou a inversa, do observador respecto da fonte emisora, ou de ambolos dous. Doppler propuxo este efecto no ano [[1842]] no artigo ''Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels'' (''sobre a cor da luz en estrelas binarias e outros astros''). O científico holandés [[Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot]] investigou esta hipótese no ano [[1845]] para o caso de ondas sonoras, confirmando experimentalmente que a tonalidade dun son emitido por unha fonte que se aproxima ao observador é mais aguda que cando a fonte de emisión se afasta (con músicos tocando unha nota calibrada mentres viaxaban nun vagón de tren na liña férrea Utrecht - Amsterdam). [[Hippolyte Fizeau]] descubriu de xeito independente o mesmo fenómeno no caso das ondas electromagnéticas no ano [[1848]], polo que en [[Francia]] este efecto tamén se coñece como '''Efecto Doppler-Fizeau'''.
[[Ficheiro:Doppler effect diagrammatic.svg|miniatura|600px|Diagrama do '''Efecto Doppler''', o obxecto móvese cara a esquerda da imaxe(a posición do observador), as ondas mostran nesa dirección unha frecuencia maior, pese a ser emitidas coa mesma frecuencia que as da dereita. Un observador situado a dereita da imaxe escoitaría as ondas a unha frecuencia menor da emitida.]]

== Efecto Doppler no espectro visible do espectro electromagnético ==
[[Ficheiro:Redshift.svg|miniatura|100px|[[Corremento ao vermello]] das [[liña espectral|liñas espectrais]] no [[espectro visible|espectro óptico]] do [[supercúmulo]] de galaxias afastadas BAS11 (dereita), comparado co espectro do Sol (esquerda).]]
No caso do [[espectro visible]] da [[liña espectral|radiación electromagnética]], co obxecto emisor (normalmente unha [[galaxia]]) afastándose do observador, o espectro de emisión/absorción contido na luz emitida semella terse desprazado a unha [[frecuencia]] mais longa, corréndose ao vermello as [[liñas de Fraunhofer]]. Cando se achega o obxecto emisor ao observador, o espectro de emisión/absorción contido na luz emitida presentase nunha frecuencia mais curta, corréndose ao azul. Esta desviación ao vermello ou o azul é moi feble incluso para velocidades elevadas da fonte emisora, como nas velocidades relativas entre estrelas ou entre galaxias, e o ollo humano non pode captalo -a ollo nu-, soamente pode medilo indirectamente con instrumentos de precisión como o [[espectrómetro]].

Se o obxecto emisor puidese moverse a fraccións significativas da [[velocidade da luz]], entón si podería apreciarse de forma directa, a ollo nú. Nótese que na [[Teoría da relatividade|Teoría da relatividade especial]] a luz ten velocidade constante no baleiro (con frecuencia e lonxitude de onda constantes) polo que neste caso o espectro de emisión/absorción do obxecto parecería frearse, inverténdose, no límite do infravermello ou do ultravioleta (non o traspasaría porque nese caso, <math> \ E = m \cdot\ {c^2} </math>, converteríase a masa do obxecto en enerxía pura ao chegar a velocidade da luz, desaparecendo as liñas de absorción do espectro da luz segundo a interpretación ortodoxa da relatividade especial), o efecto chámase [[efecto doppler relativista|doppler relativista]] e produce aberración lumínica, con inversión do corremento ao vermello e ao azul, e con respecto a un observador en repouso unha dilatación espazo-temporal.

== Casos cotiáns de Doppler acústico ==
Existen exemplos cotiáns do efecto Doppler acústico nos que a velocidade a que se move o "emisor da fronte de ondas" é comparable a velocidade de propagación desas ondas:
A velocidade dunha ambulancia (a mais de 50&nbsp;km/h) pode parecer insignificante respecto a [[velocidade do son]] a nivel do mar (uns 1.235&nbsp;km/h), pero é aproximadamente un 4% da velocidade do son, fracción o bastante grande para permitir apreciar claramente o cambio do [[son]] da sirena dende un ton máis agudo a un máis grave, xusto no intre no que o móbil pasa ao lado do observador (o experimento Ballot dos nosos días).
Os bólidos da Formula 1 cando se achegan ao espectador tamén presentan o mesmo patrón, son agudo cando se achegan, e mais grave cando se afastan. Os avións a reacción, os disparos balísticos etc.

== Álxebra do efecto Doppler en ondas sonoras ==
[[Ficheiro:Doppler-effect-two-police-cars-diagram.png|dereita|400px|miniatura|O micrófono inmóbil (observador) rexistra as sereas dos vehículos policiais en movemento nunha diversidade tonal dependendo da dirección relativa dos vehículos respecto do observador (o micro).]]

=== Observador achegándose a unha fonte emisora ===
Cando un observador "O" móvese con velocidade <math> v_{o} \,</math> e ten unha dirección e sentido cara unha fonte sonora '''S''' en repouso. O medio é o aire en repouso. A fonte emite un son de velocidade '''V''', frecuencia <math>'''f''' \,</math> e lonxitude de onda <math> \lambda \,</math>. Polo tanto, a velocidade das ondas respecto do observador non será <math>v \,</math>, senón:

<math> \ v' = v + v_{o} </math>

Mais como a velocidade do medio non muda -está en repouso- , a lonxitude de onda será a mesma, polo que si:

<math> \ v = f \cdot \lambda \Rightarrow  f = \frac{v}{\lambda} </math>

tal coma vimos ao comezo, o observador ao achegarse a fonte escoitará un son mais agudo, resultado da maior frecuencia do son. A esta frecuencia maior captada polo observador denomínaselle "frecuencia aparente", aquí representada como <math> f'</math> .

<math> \ f' = \frac{v'}{\lambda} = \frac{v + v_{o}}{\lambda} = \frac{v}{\lambda} + \frac{ v_{o} }{\lambda} = f + \frac{v_{o} }{\lambda} = f \cdot \bigg(1 + \frac{v_{o} }{f \cdot \lambda}\bigg) = f \cdot \bigg( 1 + \frac{v_{o} }{v}\bigg) </math>

O observador escoitará un son de maior frecuencia debido a que <math> \bigg( 1 + \frac{v_{o} }{v}\bigg) \ge 1 </math>

=== Observador afastándose dunha fonte emisora ===
Neste caso a velocidade será <math> v' = v - v_{o} \, </math> usando o [[teorema de Pitágoras]] podemos deducir que <math> f' = f \cdot \bigg( 1 - \frac{v_{o} }{v}\bigg) </math>

=== Fonte emisora achegándose ao observador ===
Neste caso a frecuencia aparente percibida polo observador é maior ca frecuencia real emitida pola fonte, o que fai que o observador perciba un son mais agudo.

Polo tanto, a lonxitude de onda percibida para unha fonte movéndose con velocidade <math> v_{s}\, </math> será:

<math> \mathcal \lambda ' = \lambda - \Delta \lambda </math>

Como <math> \lambda = \frac{v}{f} </math> dedúcese que:

<math> f' = \frac{v}{\lambda '}= \frac{v}{\lambda - \frac{v_{s} }{f}} = \frac{v}{\frac{v}{f} - \frac{v_{s} }{f}} = f \cdot \bigg(\frac{v}{v - v_{s} }\bigg)</math>

=== Fonte emisora afastándose do observador ===
Facendo un razoamento análogo para o caso contrario do anterior: fonte afastándose; podemos concluír ca frecuencia percibida polo observador en repouso ca fonte en movemento será:

<math> f' = f \cdot \Bigg( \frac{1}{1 \pm \frac{v_{s}}{v}} \Bigg) </math>

Cando a fonte se aproxime ao observador porase un signo (-) no denominador, e cando a fonte se afaste substituirase por (+).

=== Caso de movemento da fonte emisora e do observador ===
Aplicase unha fórmula combinación das anteriores:

<math> f' = f \cdot \bigg( \frac{v \pm v_{o}}{v \mp v_{s}} \bigg)</math>

Os signos <math> \pm </math> y <math> \mp </math> deben ser aplicados do seguinte xeito: si o numerador é unha suma, o denominador debe ser unha resta e viceversa.

=== Exemplo ===
Un observador móvese a unha velocidade de 42&nbsp;m/s cara a un trompetista en repouso. O trompetista emite a nota '''La''' (440&nbsp;Hz). Que frecuencia percibirá o observador, sabendo que <math> \ v_{son} \,</math> = 340&nbsp;m/s?

Solución: O observador ao achegarse a fonte, fai que a velocidade ca que percibe a fronte de ondas sexa maior,isto é, con frecuencia aparente maior a real (en repouso). Por iso aplicamos o signo (+) na ecuación.

<math> f' = f \cdot \bigg( 1 \pm \frac{v_{o} }{v} \bigg) </math>

<math> f' = 440 Hz \cdot \bigg( 1 + \frac{42 m/s }{340 m/s} \bigg) </math>

<math> \ f' = 494,353 Hz </math>, ou sexa, o trompetista emite a [[Nota musical|nota]] '''La''' a 440&nbsp;Hz; mentres que o observador percibe unha nota que vibra a unha frecuencia de 494,353&nbsp;Hz, a frecuencia da nota '''Si'''. Musicalmente falando, o observador percibe o son cunha [[tonalidade]] mais aguda da emitida realmente.

== Ecolocalización, radar Doppler e sonar Doppler ==
[[Ficheiro:Animal echolocation.svg|miniatura|dereita|100px|Esquema da ecolocalización do morcego.]]
As [[balea]]s e o [[morcego]] son o paradigma da ecolocalización por efecto doppler na natureza (son ecógrafos activos naturais).
O radar Doppler basease no efecto doppler, ao emitir ondas de radio estas rebotan nun obxecto en movemento, a frecuencia das ondas de retorno que percibe o observador varía dependendo da velocidade do obxecto e a súa dirección. Os radares doppler úsanse no control do tráfico vial, na meteoroloxía (medindo a velocidade dos frontes de nubes, a intensidade da precipitación, tornados etc.). Fálase de radar activo cando o propio dispositivo emite a sinal cara o medio e recibe a sinal de rebote, e de radar pasivo cando tan só recibe a sinal que produce o obxecto en movemento dentro do medio no que se move.

O mesmo efecto usase tamén nos ecógrafos médicos con visión en dúas e tres dimensións, e nos sonares marítimos.

== Véxase tamén ==
=== Outros artigos ===
{{commons|Doppler effect}}
* [[Liña espectral]]
* [[Radar]]

=== Ligazóns externas ===
* [https://web.archive.org/web/20100405064029/http://www.fisica-relatividad.com.ar/sistemas-inerciales/cinematica-relativista Doppler Relativista lonxitudinal e transversal] {{Es}}
* [http://es.youtube.com/watch?v=ys4_JFbSvIQ Efecto Doppler do "Brainiac"]

{{Control de autoridades}}

[[Categoría:Acústica]]
[[Categoría:Física]]