Efecto Doppler

Efecto Doppler Efecto Doppler, llamado así por el austriaco, christian Doppler, consiste en la variación de la longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida o recibida por un objeto en movimiento. Doppler propuso este efecto en 1842 en una monografía titulada Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels ("Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros"). Su hipótesis fue investigada en 1845 para el caso de ondas sonoras por el científico holandés christoph Hendrik Diederik Buys, confirmando 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 Doppler-Fizeau". Diagrama del efecto Doppler

Ecuación matemática para el efecto Doppler:  v ± vl   F´= fs v ±  vs   V= rapidez de la onda sonora Fs= Frecuencia natural de la onda.

v

s

v

= rapidez de la fuente

l

= rapidez del receptor.

F´= frecuencia percibida por el observador.

El objetivo principal de nuestra tarea consiste en describir que sucede, con la ecuación planteada anteriormente, cuando la velocidad de la fuente excede la velocidad de onda.

Esta situación se describe gráficamente en la figura expuesta. Los círculos representan frentes de onda esféricos emitidos por la fuente a diferentes tiempos durante su movimiento. En t=0, la fuente está en So, y en algún tiempo posterior t, la fuente está en Sn. En el tiempo t, el frente de onda centrado en So alcanza un radio de vt. En ese mismo intervalo, la fuente recorre una distancia Vst hasta Sn. En el instante en que la fuente se encuentra en Sn, las ondas apenas están empezando a generarse y por ello el frente de onda tiene radio cero en este punto. La línea dibujada desde Sn hasta e frente de onda centrada en So es tangente a todos los otros frente de onda generados en tiempos intermedios. Así, vemos que el envolvente de estas ondas es un cono cuyo medio ángulo del ápice ∝ es: sen ∝=

V Vs

Vs se conoce como el número de mach. El frente de onda V cónico producido cuando Vs ≥ V (velocidades supersónicas) se conoce como una onda de choque. Una interesante analogía para las ondas de choque son los frentes de onda en forma de V producidos por un pato (la onda de proa), cuando su velocidad es mayor que la velocidad de las ondas en la superficie del agua. La proporción

Los aviones a reacción que viajan a velocidades supersónicas producen ondas de choque, que son responsables de la explosión estruendosa, “estruendo sónico” que escuchamos. Las ondas de choque trasportan una gran cantidad de energía concentrada en la superficie del cono, correspondiente con grandes variaciones de presión. Dichas ondas de choque no son nada placenteras para el oído y pueden causar daños a edificios cuando las aeronaves vuelan muy bajo a velocidades supersónicas. De hecho un avión que vuele a velocidades supersónicas produce un doble estruendo debido a que se forman dos frentes de choque, uno desde la nariz de la aeronave otro desde la cola.