El efecto Doppler es un fenómeno importante cuando se trata de ondas. Este fenómeno tiene aplicaciones en muchos campos de la ciencia. Desde el proceso físico de la naturaleza hasta el movimiento planetario, este efecto entra en juego dondequiera que haya olas y los objetos se desplacen con respecto a la ola. En el mundo real que nos rodea, se puede ver cuando vehículos como una ambulancia se desplazan cerca de una persona. La persona luego observa que la frecuencia de la sirena de la ambulancia cambia cuando la ambulancia se acerca y luego pasa a esa persona. Con tantos casos de juego de este efecto, se vuelve esencial estudiar este efecto. Veamos este efecto en detalle.
Efecto Doppler
En una experiencia cotidiana, como se discutió anteriormente, la frecuencia del silbato de un tren cambia a medida que el tren se acerca a la estación y luego se aleja de ella. Cuando alguien se acerca a una fuente estacionaria de sonido con velocidad. El tono del sonido de la fuente parece ser mayor que su tono real. A medida que el observador se aleja de la fuente, la frecuencia observada parece ser menor que la frecuencia real del sonido de la fuente. Este cambio relacionado con el movimiento en la frecuencia observada se denomina efecto Doppler .
Es un fenómeno ondulatorio, no vale sólo para las ondas sonoras. Se mantiene para todas las olas. Hay tres posibles casos que deben analizarse al estudiar el efecto Doppler:
- El observador es estático pero la fuente se mueve.
- El observador se mueve pero la fuente está estacionaria.
- Tanto la fuente como el observador se están moviendo.
Nota: La mayoría de las ondas requieren un medio para propagarse, sin embargo, las ondas electromagnéticas no requieren ningún medio. En ese caso, estos casos de observador en movimiento y fuente estacionaria y viceversa son los mismos.
Fuente en movimiento: papelería del observador
Un tren que se acerca a una estación es un ejemplo de una fuente de sonido que se acerca a su observador. La siguiente figura muestra una situación en la que la fuente se mueve y el objeto está estacionario. La velocidad del objeto se denota por v s . Si la frecuencia real de la fuente se denota por f y f’ denota la frecuencia observada. Si «v» denota la velocidad de la onda de sonido. Entonces la frecuencia observada, en este caso, viene dada por,
Fuente estacionaria: observador en movimiento
Un observador sentado en el automóvil se acerca al estadio donde se está realizando un concierto. Este es un ejemplo de una situación en la que el observador se mueve y se acerca a la fuente. En una situación en la que la fuente está estacionaria y el objeto se está moviendo. La velocidad del objeto se denota por v o . Si la frecuencia real de la fuente se denota por f y f’ denota la frecuencia observada. Si «v» denota la velocidad de la onda de sonido. Entonces la frecuencia observada, en este caso, viene dada por,
Tanto la fuente como el observador se mueven
A continuación se muestra la figura que muestra el escenario en el que tanto la fuente como el observador se movían. La velocidad del objeto está denotada por v o mientras que la velocidad de la fuente está dada por v s . Si la frecuencia real de la fuente se denota por f y f’ denota la frecuencia observada. Si «v» denota la velocidad de la onda de sonido. Entonces la frecuencia observada, en este caso, viene dada por,
Observe que el tercer caso combina los dos casos anteriores. Esto significa que el tercer caso es una generalización de los dos casos anteriores. En caso de que se invierta la dirección de la velocidad. Los signos de la velocidad se cambian en consecuencia.
Limitaciones del efecto Doppler
Aunque el efecto doppler tiene aplicaciones en casi todos los campos donde las ondas están presentes, todavía tiene ciertas limitaciones. Solo es aplicable en situaciones donde las velocidades del sonido y las velocidades de los objetos son mucho menores que la velocidad del sonido en ese medio. Además, en el caso de la formulación del efecto Doppler, el movimiento del objeto y la fuente deben seguir las mismas líneas.
Problemas de muestra
Pregunta 1: Una ambulancia se acerca a una persona a una velocidad de 3 m/s. Suponiendo que la frecuencia de la sirena de la ambulancia es de 440Hz. Averigüe la frecuencia a la que el observador escucha la sirena. (Velocidad del sonido en el aire = 360 m/s).
Responder:
En este caso, la fuente se mueve hacia el observador.
Dado: f = 440 Hz, V = 360 m/s y V s = 3 m/s
Reemplazando los valores en la ecuación,
⇒
⇒
⇒
⇒ f’ = 443 Hz.
Pregunta 2: Una ambulancia se aleja de una persona a una velocidad de 6 m/s. Suponiendo que la frecuencia de la sirena de la ambulancia es de 440Hz. Averigüe la frecuencia a la que el observador escucha la sirena. (Velocidad del sonido en el aire = 360 m/s).
Responder:
En este caso, la fuente se mueve hacia el observador.
Dado: f = 440Hz, V = 360 m/s y V s = 6 m/s
Reemplazando los valores en la ecuación,
⇒
⇒
⇒ f’ = 432,7 Hz.
Pregunta 3: Una persona se acerca a un estadio en una motocicleta a una velocidad de 10 m/s. Suponiendo que la frecuencia del sonido que sale del estadio es de 400 Hz. Averigüe la frecuencia que la persona escucha en el sonido. (Velocidad del sonido en el aire = 360 m/s).
Responder:
En este caso, el observador se está moviendo hacia la fuente.
Dado: f = 400Hz, V = 360 m/s y V o =10 m/s
Reemplazando los valores en la ecuación,
⇒
⇒
⇒ f’ = 411 Hz.
Pregunta 4: Una persona se acerca a una camioneta que se mueve a una velocidad de 20 m/s en una motocicleta a una velocidad de 10 m/s. Suponiendo que la frecuencia del sonido de la bocina que sale de la furgoneta es de 400 Hz. Averigüe la frecuencia que la persona escucha en el sonido. (Velocidad del sonido en el aire = 360 m/s).
Responder:
En este caso, tanto el observador como la fuente se están moviendo. .
Dado: f = 400 Hz, V = 360 m/s, V o = 10 m/s y v s = 20 m/s
Reemplazando los valores en la ecuación,
⇒
⇒
⇒ f’ = 434 Hz.
Pregunta 5: Una persona se acerca a una camioneta que se aleja a una velocidad de 20 m/s en una motocicleta a una velocidad de 10 m/s. Suponiendo que la frecuencia del sonido de la bocina que sale de la furgoneta es de 400 Hz. Averigüe la frecuencia que la persona escucha en el sonido. (Velocidad del sonido en el aire = 360 m/s).
Responder:
En este caso, tanto el observador como la fuente se están moviendo. .
Dado: f = 400 Hz, V = 360 m/s, V o = 10 m/s y v s = 20 m/s
Reemplazando los valores en la ecuación,
⇒
⇒
⇒ f’ = 367 Hz.
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por anjalishukla1859 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA