Efecto doppler

[carliños]

Ya que hoy estoy preguntón, voy a exponer otra cuestion:

Cuando se nos acerca una ambulancia con la sirena puesta, gracias al efecto doppler, escuchamos un sonido mas agudo que cuando la ambulancia se aleja.

Si no estoy equivocado, la velocidad del sonido medida desde mi sistema de referencia, que estoy en reposo, es la suma de la velocidad de éste, mas la de la ambulancia, por eso se oye mas agudo.

Con los objetos celestes ocurre algo similar por el mismo efecto doppler. Los que se acercan a la Tierra, sufren un desplazamiento de las bandas espectrales hacia el azul, y hacia el rojo los que se alejan.

¿Ocurre lo mismo que con la velocidad del sonido? , cuando el objeto celeste se acerca, ¿la velocidad de la radiacion que emite, es la suma de C mas la de el objeto? Yo creo que no, pero ¿por que? el efecto es el mismo que el del sonido con la ambulancia.

saludos

[[Beto]]

Re: Efecto doppler

El efecto Doppler debe de entenderse a que cuando hay diferencia relativa de velocidades entre la fuente y el observador en cuestión pues la frecuencia de la onda observada para dicho observador dependerá de la diferencia de velocidades, ya sea una onda mecánica o electromagnética, claro que al tratar con ondas electromagnéticas se tiene que tener en cuenta consideraciones relativistas, y se puede llegar a probar que:

E. Doppler Clasico	E. Doppler Relativista
$\nu=\nu_0 (1\pm\dfrac{v_0}{v})$	$\nu=\nu_0\dfrac{\sqrt{1-(v^2/c^2)}}{1-(v/c)\cos\theta}$

Donde:

Para el caso clásico se tiene que:

$v$: velocidad del sonido.

$v_0$: velocidad del observador.

Para el caso relativista:

$v$: velocidad de la fuente.

$c$: velocidad de la luz.

$\theta$: ángulo formado con la velocidad de la fuente y la onda que llega al observador en reposo.

En ambos casos $\nu$ y $\nu_0$ representan frecuencias.

Recuerda que esta diferencia se debe básicamente a que la velocidad relativa de un objeto con respecto a otro en mecanica relativista es distinta a lo que clásicamente se estudia.

Saludos.

[pod]

Re: Efecto doppler

Hay una diferencia fundamental entre las ondas electromagnéticas (luz) y las ondas mecánicas (como el sonido). Y es que las ondas mecánicas son perturbaciones de un medio material. Si uno se acerca lo suficiente, podrá ver partículas vibrando (y a veces, sin acercarse, como en las olas del mar ). En cambio, la onda electromagnética es una vibración del campo electromagnético que se propaga por el espacio sin ningún medio material.

¿Que significa todo esto? Recapitulemos algo que ya te han explicado en algún otro hilo. La propagación de las ondas está gobernada matemáticamente por la ecuación de ondas. Las características de esta ecuación son tales que, en mecánica Newtoniana (con relatividad de Galileo), su forma es diferente en cada sistema de referencia. Esto quiere decir: 1) o bien la ecuación está mal, 2) hay algún criterio para decir cual es el sistema de referencia bueno.

Pues bien, para las ondas mecánicas, la respuesta correcta es 2. Para las ondas mecánicas sí hay un sistema privilegiado: el sistema de referencia del medio por el que se propagan. Por ejemplo, puedes estudiar las ondas en la superficie del estanque desde un F-15 a mil quinientos por hora, o bien quieto en la orilla. En el segundo caso, estarías en reposo relativo con el agua a través de la cual se propagan las olas.

Teniendo todo esto en mente, ahora analizar el efecto Doppler es sencillo; lo analizamos todo desde el sistema de referencia del medio. Independientemente del movimiento del emisor de las ondas, la velocidad en que las ondas se transmiten será la misma (esta frase es sumamente importante). La diferencia estará en la frecuencia de las ondas: en la dirección del movimiento, la fuente perseguirá los frentes de onda, haciendo que los nuevos frentes de onda salgan a menor distancia de los anteriores, es decir, la frecuencia será menor. Por detrás de la fuente, pasa justo lo contrario.

Si el que se mueve es el receptor de la onda, si lo hace en la dirección de la onda, tendrá que perseguir cada frente de onda, por lo que tardará más en llegar al siguiente; la frecuencia disminuye. El efecto es muy diferente al anterior, la formula más general del efecto doppler contiene dos efectos: velocidad del emisor, velocidad del receptor.

Para la luz, todo es diferente. No hay un medio de propagación (esto fue lo que se descubrió en el experimento de Michelson y Morley), por lo que no hay ningún criterio para decir cuál es el sistema de referencia a elegir. Y como no hay un sistema privilegiado, entonces la ecuación de ondas para la luz debe valer para todos los sistemas de referencia. Esto nos lleva a una tercera solución al problema: 3) las transformaciones de Galileo (la forma de pasar de un sistema inercial a otro en mecánica de Newton) están mal. Se substituyeron por unas nuevas transformaciones, llamadas de Lorentz, que se utilizan en mecánica relativista.

Para el efecto doppler esto tiene una consecuencia; como no se puede detectar si es el emisor o el receptor el que se está moviendo, lo único que importa es la velocidad relativa entre ambos. Por lo tanto, para el efecto doppler relativista sólo hay una velocidad.

Por último, decir que el efecto doppler de la luz es muy importante de hecho. Fue la herramienta imprescindible para descubrir que el universo está en expansión (por Hubble), y en los últimos años, para descubrir que la expansión se está acelerando. También se usa en la vida cotidiana, los radares meteorológicos se basan en dicho efecto, y los radares de tráfico para poner multas a los incautos también. De hecho, recuerdo con nostalgia una práctica de segundo de carrera en que utilizábamos un emisor de microondas con un osciloscopio marca HP para medir la velocidad de un tren de jugete...

[carliños]

Re: Efecto doppler

OK, entendido, muy bien explicado.

Una cuestion respecto a la expansion de universo:

- Supongo que , en la explosion de una bomba, a los pocos milisegundos, la metralla despedida que está mas cerca del punto de la explosion, en un momento determinado, viajará mas rápida que la que está mas alejada de dicho punto.

Entonces, digo yo, que los objetos celestes que , gracias al efecto doppler, sabemos que se acercan a la Tierra, estarán mas cerca del punto donde se produjo el big bang. Y los que se alejan, estarán mas lejos de ese punto.

Simplemente es una reflexion que se me ocurre.


saludos

Carlos

[pod]

Re: Efecto doppler

- Supongo que , en la explosion de una bomba, a los pocos milisegundos, la metralla despedida que está mas cerca del punto de la explosion, en un momento determinado, viajará mas rápida que la que está mas alejada de dicho punto.

Entonces, digo yo, que los objetos celestes que , gracias al efecto doppler, sabemos que se acercan a la Tierra, estarán mas cerca del punto donde se produjo el big bang. Y los que se alejan, estarán mas lejos de ese punto.

No, nada que ver. El big bang no tiene nada que ver con una explosión.

Pero ese es un tema para otro hilo...