¿Qué es Doppler? ¿Efecto Doppler? ¿Tiene muchos usos? ¿Sonido, luz, etc.?
El efecto Doppler establece que la frecuencia de una onda aumenta cuando la fuente de la onda se acerca al observador y disminuye cuando la fuente de la onda se aleja del observador. Se puede llegar a la misma conclusión cuando el observador se mueve. Supongamos que la longitud de onda de la fuente de onda original es λ, la velocidad de la onda es C y la velocidad de movimiento del observador es V:
La frecuencia de la fuente de onda observada cuando el observador está cerca de la fuente de onda es (v c)/λ, y cuando el observador está lejos de la fuente de onda, es (v-c)/λ.
Un ejemplo común es el sonido del silbato de un tren. Cuando el tren se acerca al observador, su silbido sonará más fuerte de lo habitual. Se escucha un cambio estridente en el sonido cuando pasa el tren. Y así es: sirenas de coches de policía, motores de coches de carreras.
Si piensas en las ondas sonoras como pulsos emitidos a ciertos intervalos, puedes imaginar que si emites un pulso en cada paso que das, entonces cada pulso frente a ti estará más lejos de ti que cuando quédate quieto. La fuente del sonido detrás de ti está un paso más lejos de lo que estaba cuando estabas quieto. En otras palabras, su pulso era más alto de lo habitual antes y su pulso era más bajo de lo habitual después.
El efecto Doppler se aplica no sólo a las ondas sonoras, sino a todo tipo de ondas, incluidas las ondas luminosas y las ondas electromagnéticas. El científico Edwin Hubble utilizó el efecto Doppler para concluir que el universo se estaba expandiendo. Descubrió que la frecuencia de la luz emitida por objetos más alejados de la Vía Láctea se vuelve más baja, es decir, se mueve hacia el extremo rojo del espectro. Esto es el llamado corrimiento al rojo. Cuanto más lejos está el cuerpo celeste, mayor es el corrimiento al rojo, lo que indica que estos cuerpos celestes están lejos de la Vía Láctea. Por otro lado, si el objeto se mueve hacia la Vía Láctea, la luz se desplazará hacia el azul.
En las comunicaciones móviles, cuando la estación móvil se acerca a la estación base, la frecuencia aumenta y cuando se aleja de la estación base, la frecuencia disminuye. Por lo tanto, se debe considerar plenamente el efecto Doppler. en las comunicaciones móviles. Por supuesto, debido a la limitación de nuestra velocidad de movimiento en la vida diaria, es imposible provocar un gran cambio de frecuencia, pero es innegable que afectará a las comunicaciones móviles. Para evitar que este efecto cause problemas en nuestras comunicaciones, tenemos que tenerlo en cuenta en diversas tecnologías. Y aumenta la complejidad de las comunicaciones móviles.
En el caso del monocromo, el color percibido por nuestros ojos se puede explicar como la frecuencia de vibración de las ondas de luz, o el número de veces que el campo electromagnético se alterna en 1 segundo. En la región de la luz visible, cuanto menor es la eficiencia, más probable es que sea roja y cuanto mayor es la frecuencia, más probable es que sea azul violeta. Por ejemplo, el color rojo brillante producido por el láser He-Ne tiene una frecuencia de 4,74×1014 Hz, mientras que la frecuencia púrpura de la lámpara de mercurio está por encima de 7×1014 Hz. Este principio también se aplica a las ondas sonoras: la percepción del nivel del sonido corresponde a la frecuencia de vibración del sonido que ejerce presión sobre el tímpano del oído (los sonidos de alta frecuencia son agudos, los sonidos de baja frecuencia son amortiguados).
Si la fuente de onda es estacionaria, la vibración de la onda recibida por el receptor estacionario es la misma que el ritmo de la onda emitida por la fuente: la frecuencia de transmisión es igual a la frecuencia de recepción. La situación es diferente si las fuentes de ondas se mueven con respecto al receptor, por ejemplo alejándose unas de otras. La distancia entre las dos crestas de onda generadas por la fuente de onda se alarga en comparación con el receptor, por lo que las dos crestas de onda superiores tardan más en llegar al receptor. Luego, la frecuencia disminuye cuando llega al receptor y el color percibido cambia hacia el rojo (lo contrario ocurre cuando la fuente de la onda está más cerca del receptor). Para darle al lector una idea del impacto de este efecto, la Figura 4 muestra el desplazamiento Doppler, que proporciona aproximadamente la frecuencia recibida por una fuente de luz distante cuando cambia la velocidad relativa. Por ejemplo, en la línea espectral roja del láser He-Ne mencionado anteriormente, cuando la velocidad de la fuente de onda es equivalente a la mitad de la velocidad de la luz (ver la línea de puntos en la figura), la frecuencia de recepción cae de 4,74 × 1014 Hz. a 4,74×1014 Hz, que cae considerablemente en la banda de frecuencia infrarroja.
En primer lugar, el efecto Doppler de las ondas sonoras
En la vida diaria, todos tenemos esta experiencia: cuando un tren que toca la bocina pasa junto al observador, este encontrará que el tren toca la bocina. El tono de la flauta cambia de agudo a agudo.
Bajar.
¿Por qué sucede esto? Esto se debe a que el tono está determinado por las diferentes frecuencias de vibración de las ondas sonoras. Si la frecuencia es alta, suena el tono.
Es simplemente alto; de lo contrario, el tono suena bajo. Este fenómeno se conoce como efecto Doppler, después de que su descubridor Christian Doppler (1803-1853), físico y matemático austriaco, descubriera por primera vez en 1842 este efecto.
Para entender este fenómeno hay que examinar las reglas de propagación de las ondas sonoras que emite el silbato cuando se acerca un tren a velocidad constante. Como resultado, la longitud de onda de la onda sonora se acorta, como si la onda hubiera sido comprimida. Así, el número de ondas que se propagan en un determinado intervalo de tiempo aumenta, por lo que el observador percibe que el tono es más alto. Por el contrario, a medida que el tren se aleja, la longitud de onda de la onda sonora se hace más grande, como si la onda se estirara. Por tanto, el sonido suena muy bajo. El análisis cuantitativo muestra que f1=(u v0).
/(u-vs)f, donde vs es la velocidad de la fuente de onda en relación con el medio, v0 es la velocidad del observador en relación con el medio, f es la frecuencia natural de la fuente de onda , y u es la onda.
La velocidad de propagación en un medio estático. Cuando el observador se mueve hacia la fuente de la onda, v0 toma un signo positivo; cuando el observador se aleja de la fuente de la onda (es decir, a lo largo de la fuente de la onda), v0 toma un signo negativo.
No, cuando la fuente de onda se acerca al observador, vs tiene un signo negativo delante; cuando la fuente de onda se aleja del observador, Vs toma un signo positivo. Es fácil saber a partir de la fórmula anterior que cuando el observador y la fuente de sonido interactúan aproximadamente, f 1 > f cuando el observador y la fuente de sonido están muy separados. f1