6.8 EL EFECTO DOPPLER

El efecto Doppler es un fenómeno físico donde un aparente cambio de frecuencia de onda es presentado por una fuente de sonido con respecto a su observador cuando esa misma fuente se encuentra en movimiento. Este fenómeno lleva el nombre de su descubridor, Christian Andreas Doppler, un matemático y físico austríaco que presentó sus primeras teorías sobre el asunto en 1842.

El sonido

Para poder entender de qué se trata el efecto Doppler primero debemos entender algunos principios básicos de la física y el sonido.

Primero que nada debemos aclarar que el sonido viaja en ondas, estas ondas a su vez viajan a una velocidad bastante rápida, más exactamente a 331,5 m/s. Es claro que esta velocidad varía dependiendo del medio por el que viaja, así por ejemplo la velocidad antes mencionada corresponde al sonido que viaja a través del aire.
Seguramente alguna vez hayas visto una onda de sonido, tal vez en la televisión o en algún programa de manipulación de sonido. Bueno, estas ondas que crecen y decrecen son realmente lo que nuestro oído escucha. Pueden variar y no ser constantes como mostraremos en el ejemplo del efecto Doppler más abajo.

El efecto Doppler

El efecto Doppler no es simplemente funcional al sonido, sino también a otros tipos de ondas, aunque los humanos tan solo podemos ver reflejado el efecto en la realidad cuando se trata de ondas de sonido.

Publicidad

El efecto Doppler es el aparente cambio de frecuencia de una onda producida por el movimiento relativo de la fuente en relación a su observador. Si queremos pensar en un ejemplo de esto es bastante sencillo.

Seguramente más de una vez hayas escuchado la sirena de un coche policía o de una ambulancia pasar frente a ti. Cuando el sonido se encuentra a mucha distancia y comienza a acercarse es sumamente agudo hasta que llega a nosotros.

Cuando se encuentra muy cerca nuestro el sonido se hace distinto, lo escuchamos como si el coche estuviera parado. Luego cuando continúa su viaje y se va alejando lo que escuchamos es un sonido mucho más grave.
Esto ocurre ya que las ondas aparentan comenzar a juntarse al mismo tiempo que el coche se dirige hacia una dirección. La imagen de abajo explica mejor esta idea sobre las ondas y la velocidad de los coches.

Como pueden ver en la imagen, el micrófono capta el sonido producido por el coche verde con una onda menos intensa y menos aguda, lo mismo que pasaría si nosotros estuviésemos en el lugar del micrófono. Por otro lado, el coche anaranjado que va avanzando presenta ondas con mucha más intensidad y por tanto también mucho más agudas.

6.7 PULSOS

Un pulso es una perturbación de corta duración generada en el estado natural de un punto de un medio material que se transmite por dicho medio. Podemos producir un pulso, por ejemplo, realizando una rápida sacudida en el extremo de un muelle o de una cuerda, lanzando una piedra al agua de un estanque, dando un golpe a una mesa o produciendo una detonación en el aire.

El clip de video adjunto, filmado en el laboratorio, muestra el viaje de ida y vuelta de un pulso producido en un muelle largo. Para generarlo, una estudiante junta varios anillos del resorte tenso y después suelta de golpe. La perturbación producida en un extremo se transmite a la zona contigua del muelle, que repite el movimiento un poco después. El resultado global es un avance del estado de vibración a lo largo del muelle. Cuando la perturbación alcanza el otro extremo, el pulso se refleja y vuelve en sentido contrario.

En esta experiencia las vibraciones tienen lugar en la misma dirección en la que se propagan y decimos que se trata de un pulso de onda longitudinal.

Un ejemplo de onda longitudinal es el sonido. Se pueden producir pulsos sonoros golpeando un objeto sólido. El objeto vibra y empuja al aire que lo rodea produciéndole una compresión que se traslada a una velocidad de unos 340 m/s. La propagación es longitudinal porque el aire es una disolución gaseosa sin fuerzas de cohesión entre sus moléculas. Por ello, la perturbación únicamente se propaga en la dirección en la que unas moléculas "chocan" con sus vecinas.  

Otra forma de generar un pulso para que viaje por el muelle se muestra en el clip de vídeo adjunto. Ahora la alumna estira unos pocos anillos del muelle en dirección perpendicular a él, y los suelta de golpe. Se forma una cresta o protuberancia que avanza a lo largo del muelle, e, igual que ocurre en la experiencia anterior, se refleja en el otro extremo para volver en sentido contrario.

En este caso, las vibraciones tienen lugar en una dirección perpendicular a la de propagación y decimos que se trata de un pulso de onda transversal.

Un ejemplo de ondas transversales son las que se producen en la superficie de un lago o de un estanque. Entre las moléculas del agua se ejercen fuerzas intermoleculares de cohesión y la vibración vertical producida en un punto del agua se traslada por la superficie (horizontalmente) en todas las direcciones. La velocidad a la que se propagan las olas depende de la elasticidad del agua, determinada a su vez por propiedades como su composición, densidad...