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Efecto Doppler

Me da igual que nadie lo coja; pienso ir disfrazado de efecto Doppler. Si es necesario lo demostraré: ¡ñiiiuuuuuuuuuuuuuuuuuuun!
Sheldon Cooper (The Big Bang Theory)
 

Cuando Penny, la vecina de Leonard y Sheldon, pregunta qué es eso del efecto Doppler, Sheldon responde: Es el aparente cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador.

 

Y esto ¿qué demonios significa? 

Cuando estamos viendo una carrera de Fórmula 1 escuchamos el sonido que emiten los coches. Cuando el coche se está acercando escuchamos un sonido mucho más agudo que cuando se aleja. 

Esto también ocurre con el silbido de un tren: percibimos un silbido agudo cuando el tren se acerca a nosotros, y grave cuando se aleja. Ocurre con la sirena de una ambulancia, y con cualquier sonido emitido por algo que se mueve con respecto a nosotros. A este fenómeno de cambio en la percepción del sonido lo llamamos efecto Doppler, y para describirlo y estudiarlo en otro tipo de fenómenos ondulatorios vamos a ir por partes.
 
¿Qué es una onda?
 
Cuando tiras una piedra en un estanque puedes observar que se forman figuras circulares a su alrededor, desde el punto en el que cae la piedra se van propagando hasta la orilla. Estas son las ondas. Si en lugar de una piedra hubieses tirado un trozo de corcho, éste quedaría flotando, y se movería de arriba a abajo, pero no se desplazaría con las ondas. Esto indica que existe un transporte de energía (las ondas avanzan), pero no de materia (el corcho sigue donde lo habíamos dejado).

 

Según su naturaleza, hay dos tipos de ondas:
  • Ondas mecánicas: necesitan un medio para propagarse, como por ejemplo el sonido. El sonido no se propaga en el vacío, así que cuando en una película de SciFi escuchéis una nave espacial explotar en el espacio, es que para esa película no han contado con asesores científicos.
  • Ondas electromagnéticas: no necesitan ningún medio para propagarse, como por ejemplo la luz, las ondas de radio, los rayos X, etc.
Según la dirección de la vibración tenemos ondas longitudinales (sonido) y ondas transversales (luz):

 

Si hiciésemos una foto a una onda que se propaga por una cuerda, la imagen sería algo como lo siguiente. Esta imagen colocada sobre unos ejes nos permite estudiar la onda y describirla con unos pocos parámetros:
  • Amplitud (A): valor máximo de del desplazamiento de la partícula respecto a su posición de equilibrio. O volviendo al caso del corcho, sería la altura máxima del corcho.
  • Longitud de onda (λ): distancia entre dos puntos consecutivos que se encuentran en el mismo estado de vibración, como por ejemplo, dos crestas consecutivas de las ondas del agua.
  • Período (T): tiempo invertido en una vibración completa.
  • Frecuencia (ʋ): número de vibraciones que se producen por unidad de tiempo. Si medimos el número de vibraciones por segundo nos da los Hercios (Hz)

La frecuencia es el parámetro que nos indica si un sonido es agudo o grave, así que vuelve a leer la definición de frecuencia y seguimos adelante.

Si un sonido es agudo, quiere decir que su frecuencia es alta, que se producen muchas vibraciones en poco tiempo. Si el sonido es grave, la frecuencia es baja, se producen pocas vibraciones.
Si nos imaginamos una onda sonora como un muelle sujetado por dos personas en cada extremo (recuerda que el sonido es una onda longitudinal, y la podemos imaginar como un muelle) ¿qué pasaría si una de estas personas se acercase a la otra?
Si una persona se acerca a la otra, el muelle (que representa a la onda) se comprimiría. Por ese motivo la frecuencia sería más alta (habría más crestas en una longitud más corta, lo que se corresponde con más vibraciones por unidad de tiempo). Cuando una frecuencia es alta, implica un sonido agudo. Esto es sólo una aproximación a lo que realmente ocurre, ya que el sonido ha empezado a emitirse desde la posición inicial, y no por acercarnos desaparece esa primera perturbación, sólo que el efecto que produce el tener en cuenta la velocidad de propagación del sonido y la velocidad del foco emisor, da como resultado el aumento de la frecuencia percibida.
 
Esto sucede cuando un foco emisor de sonido (como el silbido de un tren, o un coche de Fórmula 1) se acerca a nosotros, que la onda que emite parece que “se acorta”, y por eso lo escuchamos más agudo de lo que en realidad lo escucharíamos si estuviese parado.
 
Cuando se aleja ocurre lo contrario: si dos personas están sujetando un muelle por ambos extremos, y una se aleja de la otra, el muelle, que representa la onda, “se estira”. Eso se traduce en que la frecuencia baja, ya que disminuye la relación entre el número de vibraciones y la longitud del muelle. Que una frecuencia sea baja implica que el sonido de un foco emisor lo percibamos más grave cuando se aleja de lo que lo percibiríamos si estuviese parado.
 
 
Este efecto, llamado efecto Doppler porque fue descrito por Christian Doppler en 1843, también puede aplicarse a otro tipo de ondas, afectando incluso a la percepción de los colores cuando los objetos se mueven a velocidades extremas; pero eso ya es otro cantar.
 
-Dada la reacción a mi disfraz, esta fiesta es una feroz crítica al sistema educativo nacional.
-¿Eres una cebra, no?
-Otro niño que se quedó atrás…
 
Hasta la próxima. ¡Ñiiiuuuuuuuuuuuun!
 

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