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El efecto doppler se refiere al cambio en la frecuencia de las ondas cuando la fuente o el observador están en movimiento relativo entre sí. Este efecto tiene aplicaciones variadas, desde el mundo de la astronomía a la medicina. Te explicamos en detalle qué es el efecto doppler y cómo funciona.
El efecto Doppler es un cambio medido en la frecuencia de una onda cuando la fuente que la emite se mueve con respecto al observador. Se trata de un fenómeno que se da en ondas de sonido o de luz cuando emisor y observador se desplazan uno respecto al otro.
En el sonido, el efecto doppler provoca un desplazamiento del tono del sonido. Es decir, existe un cambio aparente en la frecuencia del sonido percibido por un observador cuando la fuente del sonido o el observador se están moviendo en relación con el otro.
Cuando la fuente de sonido se acerca al observador, la frecuencia aparente del sonido aumenta, y si se aleja, la frecuencia aparente disminuye.
Por ejemplo, podemos ver el efecto doppler en el sonido de una sirena de un vehículo de emergencia que cambio de tono al acercarse y luego al alejarse. El cambio de frecuencia se percibe como un cambio en el tono del sonido.
Otro ejemplo clásico es el silbato de una locomotora en movimiento acercándose y luego alejándose de un observador inmóvil. Las ondas sonoras viajan a la misma dirección del tren cuando este se aproxima, se comprimen y el receptor recibe más ondas en la unidad de tiempo. Al alejarse el tren, las ondas viajan en sentido contrario, el espectador recibe menos ondas en la unidad de tiempo y como consecuencia, el sonido es más grave.
En el caso de la luz lo que provoca el efecto doppler es un desplazamiento del color percibido. Cuando una fuente de luz se mueve hacia el observador, las ondas de luz se comprimen. Esto provoca un desplazamiento hacia el extremo azul del espectro. Si la fuente se aleja, las ondas se expanden con un desplazamiento hacia el extremo rojo del espectro. Este fenómeno se emplea, por ejemplo, en la astronomía para determinar la velocidad de objetos celestes, como estrellas o galaxias, en base al desplazamiento al rojo o al azul de sus líneas espectrales.
Otra de las aplicaciones del efecto doppler se da en radares de tráfico que miden la velocidad de los coches gracias a este efecto. Los radares envían una señal electromagnética al vehículo y reciben el rebote. Esa diferencia permite calcular la velocidad del vehículo y la diferencia en la frecuencia es utilizada también para poder hacer la fotografía.
Se puede calcular la frecuencia percibida de las ondas causada por el efecto doppler. Para ello es necesario conocer la frecuencia de la onda en su marco de referencia, la velocidad de la onda, la velocidad del observador y la del objeto que emite la onda.
Si el observador viaja hacia el emisor, su velocidad será positiva; si el observador se aleja del emisor, su velocidad será negativa. Si el emisor viaja hacia el observador, su velocidad será negativa; si el emisor se aleja del observador, su velocidad será positiva.
La fórmula concreta del efecto doppler es la siguiente: f’ = f(v ± vo)/(v ∓ vs) donde f’ es la frecuencia recibida, f es la frecuencia original, v es la velocidad de la onda, vo es la velocidad del observador y vs velocidad de la fuente.
El fenómeno del efecto doppler se observó por primera vez en el año 1842 por el físico austriaco Christian Andreas Doppler. En un artículo titulado «Sobre el color de las estrellas dobles y ciertas leyes de la luz estelar», Doppler explicó cómo el cambio en la frecuencia percibida de la luz o el sonido podría ocurrir debido al movimiento relativo entre la fuente de las ondas y el observador. Las ideas de Doppler se aplicaron más posteriormente a otros fenómenos, como el sonido de las fuentes en movimiento.
Las observaciones de Doppler encontraron cierta resistencia al principio entre la comunidad científica, sin embargo, finalmente, fueron aceptadas e incluso se descubrió que sus principios eran aplicables a todos tipos de ondas, inclusive a las electromagnéticas.
En 1848, el físico francés Armand Hippolyte Louis Fizeau descubrió un fenómeno análogo en las ondas electromagnéticas (luz), de ahí que al efecto Doppler también se le conozca como efecto Doppler-Fizeau.
A mediados del siglo XX, el efecto doppler comenzó a ser aplicado a la medicina en conjunto con otro principio de la acústica, el ultrasonido.
Desde entonces este efecto ha tenido aplicaciones en múltiples sectores. Por un lado, la astronomía para medir velocidades estelares como dijimos. También se emplea en radares meteorológicos para medir la velocidad y dirección del viento en la atmósfera y detectar la presencia de precipitación.
En medicina se aplica para medir la velocidad del flujo sanguíneo en el cuerpo humano o evaluar enfermedades vasculares. También como comentamos se aplica en radares de tráfico para medir la velocidad de vehículos en movimiento y en comunicaciones por satélite para compensar el cambio en la frecuencia de las señales transmitidas debido al movimiento de los satélites y de los observadores en la tierra. También se usa en sistemas de radar en aeronaves y satélites para medir la velocidad de partículas subatómicas en física nuclear.
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