Efecto Doppler

Fórmula del efecto Doppler

Podemos calcular la frecuencia percibida de las ondas causada por el efecto Doppler, si conocemos:

• La frecuencia de la onda en su marco de referencia$f_s$
• La velocidad de la onda$v$
• La velocidad del observador$v_o$
• La velocidad del objeto que emite las ondas$v_s$

La ecuación es la siguiente:

$f=\frac{v\pm v_o}{v\pm v_s}·f_s$

La frecuencia se mide en Hertz$\mathrm{Hz}$y la velocidad en$\mathrm{m}/\mathrm{s}$. Los signos dependen de la orientación relativa de las velocidades del observador y del emisor con respecto a 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.

Ejemplo del efecto Doppler

Efecto Doppler relativista

Cuando nos movemos a velocidades cercanas a la de la luz en el vacío, se producen dos efectos importantes:

• Las longitudes observadas por el observador en movimiento se contraerán.
• El tiempo se dilatará para el observador en movimiento.

Cualquier frecuencia medida es una medida de tiempo, y cualquier movimiento a velocidades cercanas a la de la luz implica un cambio de posición. En consecuencia, la frecuencia de cualquier onda observada cuando se mueve a velocidades relativistas será diferente de las calculadas con la fórmula clásica. En este caso, necesitamos un término que añada estos efectos a nuestra ecuación; podemos hacerlo utilizando las transformaciones de Lorentz.

Efecto Doppler en la luz

Los objetos que emiten luz con una determinada frecuencia$f_s$experimentan un desplazamiento de la frecuencia (al igual que el sonido). Si la fuente de luz se aleja del observador, la luz observada parece tener una mayor longitud de onda (menor frecuencia). Este efecto se denomina desplazamiento al rojo (un nombre que también se utiliza para el sonido y otras ondas, pero que proviene de la radiación luminosa).

Comparemos la diferencia entre el enfoque clásico y el relativista con el siguiente ejemplo:

Aplicaciones del efecto Doppler

Una de las aplicaciones más importantes de este efecto son hallazgos como los realizados por el científico estadounidense Edwin Hubble, quien observó que la luz de las estrellas lejanas de otras galaxias parece estar sistemáticamente desplazada al rojo. Este desplazamiento al rojo tiene dos características importantes:

1. El corrimiento al rojo aparece en todas las galaxias, independientemente de la dirección en la que se observe. Esto significa que las galaxias se alejan de la Tierra.

2. Cuanto mayor sea la distancia a las galaxias, más intenso será el corrimiento al rojo (es decir, más rápido se alejan).

Las observaciones realizadas por Edwin Hubble nos ayudan a comprender que el universo está en expansión, lo que arroja algo de luz sobre la historia del universo.

Otra de las aplicaciones más importantes del efecto Doppler es el radar. El funcionamiento del mismo se basa en que se lanza una onda microondas a un objeto en movimiento, en el cual rebota. Después, se calcula la velocidad del objeto en función de la frecuencia de la onda rebotada.