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• Javier

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Aplicaciones del efecto Doppler Entre sus muchas aplicaciones, caben destacar las siguientes:

El radar

Una de sus aplicaciones más importantes es la del radar (sistema electrónico que permite detectar objetos fuera del alcance de la vista y determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio.) El radar Doppler, que se utiliza a menudo para medir la velocidad de objetos como un coche o una pelota, transmite con una frecuencia constante. Las señales reflejadas por objetos en movimiento respecto a la antena presentarán distintas frecuencias a causa del efecto Doppler.

La Ecocardiografía.

El efecto Doppler ha adquirido en los últimos años una extraordinaria importancia en el estudio morfológico y funcional cardíaco tanto en sujetos sanos como en aquellos con enfermedades cardíacas. Esto se debe a que esta técnica, que está basada en la emisión y recepción de ultrasonidos, presenta considerables ventajas respecto a otros procedimientos diagnósticos.

Los ultrasonidos son ondas sonoras de muy alta frecuencia que avanzan según los principios de las ondas mecánicas, es decir, sufren fenómenos de atenuación, dispersión y reflexión ("rebote") dependiendo de las propiedades físicas de las estructuras que encuentran a su paso. Estas propiedades son aprovechadas para estudiar estructuras situadas en el interior del cuerpo, de tal manera que emitiendo un haz de ultrasonidos sobre la superficie (por ejemplo, del tórax), éste se refleja al chocar con estructuras del interior que no puede atravesar (las estructuras cardíacas), pudiendo recogerse estas señales a través del mismo instrumento utilizado para su emisión. Un aspecto esencial de esta técnica es que es inocua. Hasta la fecha no se conocen efectos nocivos sobre el organismo de la aplicación de ultrasonidos dentro del rango de frecuencias utilizado para el diagnóstico ecográfico.

En Astrofísica

El efecto Doppler ha permitido numerosos avances en astrofísica, por ejemplo para determinar la estructura de las galaxias y la presencia de materia oscura, el estudio de estrellas dobles, el estudio de estrellas dobles o para medir los movimientos de las estrellas y de las galaxias. Esto último, por decirlo de alguna forma, se consigue observando el color de las galaxias y cuerpos estelares, pues la luz, al igual que el sonido, es una onda cuya frecuencia a la que la percibimos puede variar en función del movimiento

SUPERPOSICION DE ONDAS Una aplicación: el estetoscopio.

Este instrumento fue inventado en 1816 por el médico francés R.T.H. Laennec. A este hombre, por pudor, no le agradaba la idea de aplicar su oreja sobre el pecho de las pacientes, por lo que se acostumbró a utilizar un tubo de papel. Posteriormente perfeccionó la idea aplicando el principio de interferencia constructiva. Veamos ahora qué sucede cuando dos ondas con la misma frecuencia se encuentran en invertidas (desfasadas 180º una con respecto a la otra):

INTERFERENCIA DESTRUCTIVA

En la interferencia destructiva la onda se anula

Al combinarse una onda con su invertida, se anula el ruido del motor. Una aplicación: la cancelación del ruido. La interferencia destructiva puede ser muy útil. Es muy importante que el piloto de un avión oiga lo que sucede a su alrededor, pero el ruido del motor representa un problema. Por eso, los pilotos pueden usar unos auriculares especiales conectados a un micrófono que registra directamente el sonido del motor. Un sistema en los auriculares crea una onda inversa a la que llega a través del micrófono. Esta onda es emitida, de forma que neutraliza la primera. En los automóviles se está experimentando con un sistema similar.

ONDAS DE CHOQUE

La supersónica, que no debe ser confundida con la ultrasónica, es el estudio de los efectos que pueden producir aquellos objetos que se mueven en un medio a una velocidad superior a las ondas que generan.

Nada puede moverse muy rápidamente a través de un sólido, e inclusive los más creativos inventores se atreven a soñar con un submarino que se mueva en el agua con una velocidad superior a la del sonido.

Así entonces, los problemas prácticos de la supersónica se limitan esencialmente a los relacionados con los aviones y proyectiles que se mueven en el aire a una velocidad superior a la del sonido.

En este caso, el objeto móvil acumula perturbaciones y ondas más de prisa de lo que ellas pueden ser transmitidas a lo largo del camino, causando una región única de gran perturbación, denominada onda de choque.

El fenómeno que tiene lugar detrás de la onda de choque puede ser estudiado en una forma más simple y mucho menos violenta, considerando la onda en arco de un barco que se mueve a una velocidad superior a la de las ondas superficiales que genera.

Veamos este barco, representado en la Figura a continuación que se mueve con velocidad Vb y se movió desde A hasta C en un intervalo de tiempo durante el cual la onda superficial que fue generada en A se mueve desde A hasta A’ con una velocidad V0.

Análogamente, la onda generada en B llegó en el mismoinstante en B’ y lo mismo para un número infinito de puntos que podrían ser analizados entre A y C.

El ángulo α formado por la onda de arco y la dirección del movimiento del arco depende de la relación entre las velocidades de las ondas y del barco.

Consideramos, como ejemplo, un barco que navega a 20 nudos (1 nudo = 1 milla marítima por hora = 1,151 millas por hora = 1,84 Km/h) y genera ondas cuya velocidad de propagación es 8 nudos.

El ángulo α formado por la trayectoria del barco y el frente de onda de choque es dado por:

Un avión que vuela a una velocidad superior a la del sonido crea en el aire una perturbación similar. Ahora, en el lugar de una onda frontal de choque que forma una V sobre la superficie del agua, se forma en el aire un cono gigante, ya que las ondas generadas por el avión se propagan en todas las direcciones.

Sobre la superficie del cono, donde las ondas se acumulan, hay una diferencia brusca de presión. Cuando ese cono (llamado cono de mach”, en honor al físico Ernst Mach) alcanza una casa, produce un sonido análogo al de un fuerte trueno y puede ser bastante fuerte al punto de romper vasos y vidrios de ventana.

Estos estampidos son familiares a quien vive en ciudades sobrevoladas por aviones supersónicos.

El semiángulo α del cono está dado naturalmente por la misma relación aplicada al caso de la onda de arco de un barco:

Las velocidades supersónicas son dadas en función de su “número de Mach”, que es simplemente la razón de la velocidad del avión por la velocidad del sonido.

Así por ejemplo, un número de Mach igual a 1,5 significa una velocidad una vez y media mayor que la del sonido. Una velocidad de Mach no puede ser convertida directamente en km/h sin disponer de más datos, porque la propia velocidad del sonido varía, principalmente con la temperatura. En un día agradable de verano, próximo a la superficie terrestre, la velocidad Mach1 (velocidad del sonido) puede ser aproximadamente 1200 km/h; a una altura de 9000 metros, en un día similar, la temperatura puede ser de -56ºC y a esta baja temperatura una velocidad Mach1 sería de unos 1024 km/h. Si la velocidad de un avión, o de un proyectil, viene dada en unidades Mach, se deduce que:

Figura 1: Ondas en arco de un barco que se mueve con una velocidad superior a la propagación de las ondas generadas en la superficie del agua.

Figura 2: Cono de una onda de choque (Mach) generado por el movimiento de un avión que se mueve con una velocidad superior a la del sonido.

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