Fisica efeito doppler

Efeito Doppler

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Som

Ondas

Onda sonora

Perfil de onda

Amplitude

Fase

Frente de onda

Frequência fundamental

Harmônica

Banda

Frequência

Hertz

Altura tonal

Oitava

Velocidade do som

Efeito Doppler

Uma animação ilustrando como o efeito Doppler age no som do carro. Note que à esquerda, a frequência relativa a um observador parado é maior, enquanto no sentido oposto é menor.

O Efeito Doppler é observado nas ondas quando emitidas ou refletidas por um objeto que está em movimento com relação ao observador. Foi-lhe atribuído este nome em homenagem a Johann Christian Andreas Doppler, que o descreveu teoricamente pela primeira vez em 1842.1 A primeira comprovação foi obtida pelo cientista Buys Ballot, em 1845, numa experiência em que uma locomotiva puxava um vagão com vários trompetistas.1

Este efeito é percebido claramente no som (que é um tipo de onda mecânica) quando uma ambulância em alta velocidade passa por nós, percebemos que o tom, em relação ao emitido, fica mais agudo durante a sua aproximação, idêntico no momento da passagem e grave quando a ambulância começa a se afastar do observador. Graças também ao conhecimento deste efeito podemos determinar a velocidade e a direção do movimento de muitas estrelas, uma vez que a luz também se propaga em ondas.2

Em ondas eletromagnéticas, este mesmo fenômeno foi descoberto de maneira independente, em 1848, pelo francês Hippolyte Fizeau. Por este motivo, o efeito Doppler também é chamado efeito Doppler-Fizeau.3

Índice

[esconder]

• 1 Características

o 1.1 Quantificando o Efeito Doppler

• 2 Aplicações

o 2.1 Exemplo do efeito Doppler no som

• 3 Ver também

• 4 Referências

Características[editar]

Fontes de som estáticas produzem ondas de som à frequências constantes ff, e as ondas se propagam simetricamente para longe da fonte à velocidade constante c. Todos os observadores vão ouvir a mesma frequência, que vai ser igual à frequência da fonte, ou seja: ff = fo.

A mesma fonte de som está irradiando ondas de som à mesma frequência no mesmo meio. Porém, agora a fonte está se movendo com uma velocidade vf = O.7c(Mach 0.7). Já que a fonte está se movendo, o centro de cada novo período de onda é um pouco deslocado à direita. Como resultado, os períodos começam a se "amontoarem" à direita (à frente) e se "espalhar" à esquerda (atrás) da fonte. Um observador à frente da fonte irá ouvir uma frequência mais alta fo=c + 0⁄c - 0.7cff= 3.33ff e um observador atrás da fonte irá ouvir uma frequência mais baixa fo= c - 0⁄c + 0.7cff= 0.59 ff.

Agora a fonte está se movendo na velocidade do som no meio (vf = c, ou Mach 1). As ondas à frente da fonte estão agora todas "empilhadas" no mesmo ponto. Como resultado, um observador à frente da fonte não vai detectar som algum até que a fonte o alcance, onde fo = c + 0⁄c - c ff = ∞ e um observador atrás da fonte vai ouvir uma frequência mais baixa fo = c - 0⁄c + c ff = 0.5 ff.

A fonte de som agora quebrou a barreira da velocidade do som, e está viajando à 1.4c (Mach 1.4). Já que a fonte está se movendo mais rápido do que as ondas de som que cria, ela vai à frente das ondas mais avançadas. A fonte passa por um observador estático antes que o observador escute o som. Como resultado, um observador à frente da fonte vai detectarfo= c + 0⁄c - 1.4c ff= -2.5 ff e um observador atrás da fonte vai ouvir uma frequência mais baixa fo= c - 0⁄c + 1.4c ff= 0.42 ff.

No Efeito Doppler ocorre a percepção de uma frequência relativa, que é diferente da frequência de emissão da onda. Consideremos o Efeito Doppler Clássico, denominado dessa forma em contraste com o relativístico, que envolveondas eletromagnéticas.

Ondas emitidas por objetos estáticos se propagam em todas as direções de maneira uniforme. Seu comprimento de onda é : , sendo β uma constante que define o meio pelo qual a onda de propaga, chamada constante de fase.

A mudança relativa na frequência das ondas pode ser explicada desta maneira: Quando a fonte das ondas está se movendo na direção do observador, cada crista de onda sucessiva será emitida de uma posição mais próxima do observador do que a última. Portanto, cada onda leva um pouco menos de tempo para alcançar o observador do que a última, e assim, há um aumento na frequência com que estas ondas atingem o observador. Do mesmo modo, se a fonte se afasta do observador, cada onda é emitida de uma posição um pouco mais distante, fazendo com que o tempo entre as chegadas de duas ondas consecutivas aumenta, diminuindo sua frequência.

Para a luz, já no caso do Efeito Doppler Relativístico, este fenômeno é observável quando a fonte e o observador se afastam ou se aproximam com grande velocidade relativa. Neste caso, o espectro da luz recebida apresenta desvio para o vermelho (quando se afastam) e desvio para o violeta (quando se aproximam), costumamos observar este efeito em estrelas.2

Quantificando o Efeito Doppler[editar]

Podemos determinar a frequência observada por:1

Onde:

• é a frequência que o observador recebe