sábado, 19 de marzo de 2011

El Efecto Doppler


Todos hemos percibido alguna vez que cuando una ambulancia se acerca emite un sonido diferente que cuando se aleja y no solo en intensidad. Algo cambia, al igual que cuando escuchamos una moto pasar rápidamente (http://www.soundsnap.com/node/37371).

Pues esto ocurre por efecto doppler, que no es más que el cambio aparente en la frecuencia de una onda (sonido en este caso) que está emitida por un foco en movimiento (ambulancia o moto).

Este cambio aparente es fácil de explicar.


Lo que caracteriza a una onda es la frecuencia (en el caso del sonido, ésta determina o agudo o grave que es). La frecuencia mide el número de oscilaciones realizadas por onda en un segundo. Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor es la energía que transporta la onda (más rápidamente hace vibrar las partículas o los campos) y para una velocidad determinada, es inversamente proporcional a la longitud de onda. La longitud de onda es la distancia entre dos máximos de la onda.

De esta forma, cuanto mayor sea la longitud de onda menos oscilaciones podrá hacer.

Quizá en el dbujo se vea más claro:



Vemos que en el segundo caso, la onda ha hecho más oscilaciones que en el primero y, por tanto, su frecuencia es mayor.


Hemos dicho que el hecho de que un sonido sea agudo o grave depende de su frecuencia.





Esto es algo que sabrán muy bien aquellos que tocan algún instrumento de cuerda, cuanto más corta sea la cuerda que toquen, más agudo será el sonido porque más rápido vibrará ésta.


Por tanto, es lógico pensar que si el hecho de que un foco esté en movimiento afecta a su frecuencia (más bien a la que nosotros recibimos) el sonido que escuchamos sea difrente. Pero por qué ocurre esto. Vamos a verlo.


Un emisor de ondas (foco) en reposo se encuentra en el centro de todas las ondas que emite. En cambio, si el foco se mueve, ya no está exactamente en el centro sino que está desplazado en la dirección del movimiento.




Esto hace que las ondas estén más cerca unas de otras en el sentido de la velocidad y más lejos en el opuesto, es decir, su longitud de onda disminuye y, por tanto, aumenta su frecuencia aparentemente (es aparentemente porque la sirena emite siempre el mismo sonido con la misma frecuencia).

Por eso, cuando se acerca se oye más agudo y cuando se aleja, más grave.

Muy bien, pero... ¿qué pasa si el foco está quieto y los que nos movemos somos nosotros?

Pues se produce el mismo efecto, pero por algo ligeramente diferente.

Para explicarlo voy a poner un ejemplo muy claro.

Imaginémonos que estamos en la playa y decidimos hacer un experimento. Vamos a entrar en el mar y a contar las olas con las que nos chocamos por minuto, mientras que nuestra pobre madre, coaccionada por nuestros ruegos y resignada a tener un hijo científico, se dedica a contar las olas por minuto que llegan a la orilla.

Como es lógico, al entrar al mar e ir en sentido contrario al de las olas, nos chocaremos con muchas más que si vamos en el mismo sentido que éstas. Tanto es así que si vamos a la misma velocidad que las olas no nos encontraríamos ninguna a la salida (o estaríamos todo el rato en una de ellas, claro).

Por tanto, la frecuencia con la que nos hemos encontrado una ola a la entrada es mucho mayor que la frecuencia de olas a la salida y, en cambio, la frecuencia en realidad no ha cambiado en ningún momento, como te puede asegurar tu madre que ha estado contando las olas con gran entusiasmo en la orilla.

Tenemos pues aquí el efecto doppler. El emisor no ha cambiado, pero como el receptor sí, la frecuencia que éste recibe es diferente a la emitida.


Este efecto que yo he comentado para ondas sonoras, se da para todo tipo de ondas y por ello, tiene distintos tipos de aplicaciones.

En las ondas electromagnéticas también cambia la frecuencia, pero este cambio se traduce en un corrimiento hacia el rojo en el espectro visible cuando el emisor se aleja (disminiye la frecuencia aparente y, por tanto, la energía) y hacia el azul-violeta cuando se acerca. Gracias a esto se puede saber, por ejemplo, que el universo se está expandiendo (solo hay corrimientos al rojo, es decir, todo se aleja de todo)

Las aplicaciones del efecto doppler se dan sobre todo en astrofísica y en materia de radares (entre ellos los de tráfico, para saber cómo de rápido se alejan los coches), pero también tiene utilidad en medicina, ya que permite conocer el sentido y velocidad de la sangre y esto permite hacer una ecografía doppler (quizá Huxley nos pueda explicar cómo).

Ya finalmente podemos decir el protagonista del anuncio de Renauld Clio de cuando algunos éramos jóvenes, no es que tuviera un toque dado en la cabeza, es que no conocía el efecto Doppler ;)


Espero que os haya gustado (la entrada, no el anuncio :)

11 comentarios:

  1. Como dices es el principio por el que funcionan los radares, y por ello los militares se sacaron de la manga un par de ideas: diseño anguloso y una pintura 'mágica' que absorbe buena parte de la radiación que lanza el radar. Hablo del F117 desarrollado a finales de los 70, principio de los 80. -> http://es.wikipedia.org/wiki/Lockheed_F-117_Nighthawk

    A día de hoy, todos los cazas de nuevo desarrollo (F22, EF2000) incorporan en su diseño medidas antiradar inpiradas en ese primer modelo de EEUU.

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  2. Me ha gustado. ¿Pero por qué dices que no tiene en cuenta el efecto doppler? Por lo que he entendido, un sonido proveniente de un emisor más cercano se escucha más agudo, ¿no?, como ocurre en el anuncio (la sílaba de en medio está más aguda y la final se va haciendo más grave y se va perdiendo cuando la canta el tío). En fin, explícamelo por que no lo he entendido muy bien (dejando al margen que la distancia recorrida por el foco podría ser despreciable en el tiempo que tarda en decir "GUERAPAUUUUU" [genial anuncio, marcó una generación])

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  3. Sí tienes razón, es que en realidad quería decir que ahora SÍ se puede entender el anuncio, pero cuando fui a verlo me di cuenta de que el sonido era un fragmento de la canción, sin efecto doppler, y por eso lo cambié al final, pero vamos, creo que lo voy a cambiar otra vez porque realmente tiene más sentido.

    Por cierto, un apunte, no se escucha más agudo si está más cerca sino si se está acercando. Supongo que te referías a eso, pero bueno, yo lo aclaro por si acaso.

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  4. Muy interesante.
    Teorías que se pueden aplicar fáilmente.

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  5. ¡Qué bueno! El ejemplo de las olas es realmente bueno.

    Sí, como dice elfio los aviones modernos de espionaje, que a su vez son cazas-bombarderos incorporan esa tecnología, y se les llama "aviones stealth" (sigilosos, en inglés) porque son capaces de pasar desapercibidos.

    Una vez más, el progreso avanza antes en lo militar que en lo meramente científico y provechoso para el bien común.

    Liumeg, tal vez podrías terminar de explicar el efecto Doppler y el estallido sónico de los aviones, que están muy ligados.

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  6. De casualidad el otro día me enteré que la pintura 'mágica' es una pintura hecha en buena parte de ferrofluidos, fluidos con millones de micro (o nano) partículas que interaccionan con las ondas electromagnéticas del radar ;)

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  7. Cómo se nota que Altair ha vuelto!

    Gracias por lo del ejemplo :)

    Tienes razón con lo del estampido sónico, a ver si me pongo y explico alguna cosilla.

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  8. ps si esta bn chevere muy buena explicacion... :)

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  9. Muchas gracias Anónimo!
    Si te animas a seguir comentando aquí o en otras partes del blog, te animo a que firmes tus comentarios (ya sea poniendo el nombre directamente o con la función "Nombre/URL" de "Seleccionar perfil") para facilitar así la comunicación.

    Una última cosita... ¿De dónde eres?

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  10. Estudiando Electrodinámica Clásica he visto algo que me ha resultado curioso y quería compartirlo en esta entrada:

    Sabéis qué pasaría si circuláramos en coche a 0.32c (c es la velocidad de la luz)? Pues que además de que el tiempo pasaría más lentamente para nosotros, de que nuestros coches se achatarían y "engordarían", aparte de todo esto, veríamos los semáforos rojos en verde por efecto Doppler! ¡Habría hostias pero buenas!

    PD: Por si andáis descolocados, cuando nos acercamos al foco la frecuencia disminuye aparentemente. En el espectro electromagnético el verde tiene mayor frecuencia que el rojo, que está en el límite inferior del espectro visible (de hecho, los infrarrojos son los rayos que están justo "debajo" de los rojos en frecuencia y los ultravioletas son los que están justo "por encima" de los violetas, que son los de mayor frecuencia dentro del espectro visible)

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  11. No sabía muy bien dónde poner esto, pero sabía que tenía que hacerlo

    (Guiño de level mayor que "divulgativo" :)

    http://www.youtube.com/watch?v=F0tszLRTF_E

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