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El efecto Doppler y sus aplicaciones José Eduardo Briceño Posada [email protected] Abstract You may have noticed how the sound of a vehicle's horn changes as the vehicle passes by. The frequency of the sound you hear when the vehicle approaches you is higher than the frequency you hear while moving away from us. This is an example of the Doppler Effect. To see what causes this apparent frequency changes, imagine that it is in a boat anchored in a soft where the waves have a period of T = 30s. This means that every 3.0 s a ridge hits your boat. These effects occur because the relative speed of your speed and the waves depends on the direction of the trip and the speed of your boat. When moving to the right in Figure 17.9b, this velocity is higher than the velocity of the wave, which leads to the observation of an increased frequency. When it rotates and moves to the left, the speed is lower, as is the observed frequency of water waves. Resumen Tal vez haya notado cómo el sonido de la bocina de un vehículo cambia a medida que el vehículo pasa a su lado. La frecuencia del sonido que escucha cuando el vehículo se acerca a usted es más alta que la frecuencia que escucha mientras se aleja de nosotros. Este es un ejemplo del Efecto Doppler. Para ver qué causa esta aparente frecuencia cambia, imagine que se encuentra en un bote anclado en un mar suave donde las olas tienen un período de T = 30s. Esto significa que cada 3.0 s una cresta golpea su bote. Estos efectos ocurren porque la velocidad relativa entre su bote y las olas depende de la dirección de viaje y de la velocidad de su bote. Cuando se mueve hacia la derecha en la Figura 17.9b, esta velocidad relativa es más alta que la de la velocidad de la onda, lo que conduce a la observación de una frecuencia incrementada. Cuando gira y se mueve hacia la izquierda, la velocidad relativa es menor, al igual que la frecuencia observada de las ondas de agua.

Introducción En física, el efecto Doppler se puede definir como "El aumento o la disminución de la frecuencia del sonido y también de otras ondas, como la fuente y el observador que se mueven hacia o lejos uno del otro. Por lo tanto, el efecto causa el cambio en el tono que es claramente notado en una sirena que pasa o una bocina de tren, así como en el cambio de color rojo / cambio de color azul. El efecto Doppler nos resulta familiar con las experiencias cotidianas. Nos explica el cambio en el tono de una bocina de automóvil en movimiento rápido o cualquier otra fuente de sonido de movimiento rápido a medida que pasa. Si el automóvil se acerca a nosotros, el tono de la bocina del automóvil será mayor que si el automóvil estuviera parado y cuando el automóvil nos adelanta y comience a alejarse de nosotros, la inclinación será menor que si el automóvil estuviera parado. De hecho, siempre que la fuente y el observador de un sonido estén en movimiento relativo, la frecuencia observada será diferente a la del emitido por la fuente.Por ejemplo:

El observador siente mayor frecuencia cuando el tren llega al observador. El observador siente una frecuencia más baja cuando el tren va lejos del observador. Historia El efecto Doppler fue descubierto por un científico llamado Christian Doppler, quien nos obsequió su idea en el año 1842. Pensó, "si la onda de sonido proveniente de la fuente podría tener una frecuencia mayor y si la fuente se mueve hacia o hacia el observador, habrá menor frecuencia si la fuente se aleja del observador. Aunque algunos dudaron de la existencia de este fenómeno,fue verificado experimentalmente en 1845 por CHD Buys Ballot (1817-1890) de Holanda. Buys Ballot examinó la alteración en el tono cuando pasaba una locomotora con varios trompeteros, todos tocando una nota constante. El efecto Doppler se considera con mayor frecuencia en relación con el sonido (ondas acústicas) y la luz (ondas electromagnéticas) pero se mantiene para cualquier ola. Cuando la fuente y el observador de las ondas de luz se separan, la luz observada se desplazará a frecuencias más bajas, hacia el extremo

"rojo" del espectro , mientras que si la fuente y el observador se mueven uno hacia el otro, la luz se desplazará a frecuencias más altas, hacia el extremo "azul" del espectro. El efecto Doppler es el fenómeno a observar en un momento particular cuando la onda es emitida por una fuente que se mueve w.r.t. el observador. El Efecto Doppler se puede expresar como el efecto producido por una fuente de onda en movimiento cuando hay un cambio aparente hacia arriba en la frecuencia que observa el observador y la fuente que se aproxima hacia él y el desplazamiento hacia abajo en la frecuencia para lo cual cuando el observador y la fuente están en contacto.Cambio en la longitud de onda debido al movimiento de la fuente.Para las ondas que se propagan en el medio, como las ondas de sonido, la velocidad del observador y la fuente están en relación con el medio al que se transmiten las ondas. El Efecto Doppler puede ser el resultado del cambio en la posición de la fuente, movimiento relativo para el observador. Cada uno de los efectos se analiza individualmente. Para las olas que no requieren ningún medio para la propagación, ej. La luz y la gravedad en la relatividad general, para ello es necesario considerar la diferencia en la velocidad del observador y la de la fuente. Tipos de efecto Doppler Simétrico: - Implica que el desplazamiento Doppler es el mismo cuando la fuente de luz se mueve hacia / desde un observador estacionario o el observador se mueve con la misma velocidad hacia / desde la fuente estacionaria. Asimétrico: implica que el cambio aparente en la frecuencia es diferente cuando la fuente del sonido se mueve hacia / desde un observador estacionario o cuando eso ocurre, cuando el observador se mueve con la misma velocidad hacia / desde la fuente estacionaria. FÓRMULAS DOPPLER:

Si la fuente se acerca, aumentará la frecuencia; y si la fuente se aleja, disminuirá. Un truco simple para recordar los signos es recordarle a uno cuándo o no la frecuencia observada se está convirtiendo en aumentar o disminuir y usar cada vez que se requiera el signo. Por ejemplo, cuando un observador se aleja de una fuente, la onda se moverá a través de ella a una velocidad lenta en lugar de si todavía estaba, lo que significa que la frecuencia de los observadores está disminuyendo. Y también puede ser para cuando la fuente esté en movimiento para un observador, irá a "humedecer" la onda al tiempo que la emite, lo que significa decir que el aumento en la frecuencia observada. Esto se cubrirá haciendo que el denominador en la ecuación (3) sea más pequeño, lo que sí requiere volver a usarlo. Fuente que se mueve con fuente vs < c (mach 0.7):

En la imagen, se muestra que la fuente de sonido ha irradiado una onda de sonido en la const. frecuencia en el mismo medio. Sin embargo, la fuente de sonido gira hacia la derecha con una velocidad Vs = 0.7 V (In mach). Los frentes de onda se producirán con la misma frecuencia. Como la fuente se está moviendo y el centro del frente de la nueva ola ahora está ligeramente desplazado hacia la derecha. Como resultado, los frentes de onda comienzan a amontonarse en el lado derecho (en frente) y se extienden más en el lado izquierdo de la fuente. Un observador en el frente de la fuente se hace escuchar con mayor frecuencia f ´ > f0, y luego el observador de regreso a la fuente escuchará una frecuencia más baja f ´ < f0. Fuente que se mueve con fuente vs = c (rompiendo la barrera del sonido):

Aquí la fuente se mueve con la velocidad del sonido en el medio (Vs = V, Mach 1). Los frentes de onda frente a la fuente están agrupados en el mismo punto. Un observador en frente de la fuente no sentirá nada hasta que la fuente llegue a él. El frente será bastante intenso, debido a que todos los frentes de onda se suman. La figura de abajo muestra una bala que viaja a Mach 1.01. Puedes ver el frente de la onda de choque justo delante de la bala.

Fuente que se mueve con fuente vs > c supersónico:

Aplicación del efecto Doppler Sirenas: "La razón por la cual la sirena se desliza o sopla, es porque no te golpea". Se puede decir que, si la sirena se acerca al observador directamente, el tono del sonido se mantendrá constante (tenemos, vs, r es el componente radial) hasta que la fuente golpee al observador, y luego salte al tono inferior . Debido a que el vehículo pasa del observador, la velocidad radial nunca permanece constante, sino que varía en función del ángulo entre la línea de visión del observador y la velocidad de la sirena: Vr = Vscos ↓ Donde vs es la velocidad de la fuente w.r.t. el medio, y el ángulo ¸ es el ángulo entre la velocidad de avance del objeto y la línea de visión desde el objeto hasta el observador. Radar: -En los radares, el efecto Doppler es ampliamente utilizado en algunos de los radares para medir la velocidad del objeto. Un sonido con la longitud de onda requerida, la intensidad se dispara a un objetivo en movimiento a medida que se acerca desde la fuente del radar. Cada onda de radar posterior tiene que viajar más lejos para llegar al objeto, antes de volver a detectar cerca de la fuente. A medida que cada ola tiene que moverse más, la brecha entre cada onda aumenta, aumentando la longitud de onda. Los cálculos del efecto Doppler determinan con precisión la velocidad del observador. Análisis del tiempo o predicción: -El radar Doppler usa el efecto Doppler para las ondas electromagnéticas para predecir el clima.

La fuente de sonido se ha roto a través de la barrera de velocidad del sonido y viaja a mayor velocidad que la velocidad del sonido. Aquí la fuente se mueve más rápido que la de las ondas de sonido que crea que realmente lideran los frentes de onda que avanzan. Es este intenso frente de presión en el cono de Mach el que causa la onda de choque conocida como "explosión sónica" cuando un avión supersónico pasa por encima. La onda de choque avanza a la velocidad del sonido v, ya que se ha formado a partir de todos los frentes de onda combinados, el sonido escuchado por el observador será bastante intenso.

En Astronomía: -El cambio Doppler para la luz se usa para ayudar a los astrónomos a descubrir nuevos planetas y estrellas binarias. Referencias: [1] Cheng, D. and Morales Peake, E. (1998). Fundamentos de electromagnetismo para ingeniería. México: Addison-Wesley. [2] Acs.psu.edu. (2018). The Doppler Effect. [sitioweb] disponible en: https://www.acs.psu.edu/drussell/demos/do ppler/doppler.html.