Efecto doppler

EFECTO DOPPLER

PROPÓSITO
Usando un generador de sonido en movimiento, comprender el efecto Doppler.

INTRODUCCIÓN
Cuando una fuente sonora se acerca o se aleja de un observador, el tono del sonido como lo escucha esta persona no es el mismo que el que percibe cuando la fuente no se mueve. Esto se puede notar en una carrera de autos: cuando se acerca el auto a las gradas se nota el cambio de tono; se escuchará más agudo ya que se percibirán más ondas sonoras por segundo, es decir, aumentará la frecuencia. Cuando se aleja también habrá un cambio de tono pero ahora será más bajo, ya que llegarán menos ondas por segundo, es decir, disminuye la frecuencia.
 Ocurre algo similar cuando la fuente sonora permanece fija y el que se mueve es el observador. Al acercarse el observado escuchará un tono mayor y al alejarse escuchará un tono mayor, es decir, al acercarse el observador hacia una fuente fija notará un aumento de frecuencia del sonido y al alejarse, una disminución de la frecuencia del sonido que escucha.
Al cambio aparente de frecuencia del sonido al moverse la fuente y/o el observador recibe el nombre de efecto Doppler.
Para calcular la frecuencia aparente de un sonido que escucha un observador, se aplica la siguiente fórmula:
f0 = fs(V + v0 ) / (V – vs )
El significado de los símbolos es el siguiente:
f0 = frecuencia observada
fs = frecuencia de la fuente
V = velocidad del sonido
v0 = velocidad del observador
vs = velocidad de la fuente

El efecto Doppler se aplica, entre otras cosas, para medir la rapidez de los automóviles y la velocidad de las pelotas en diferentes deportes.
El efecto Doppler no solo se aplica al sonido sino también a toda fuente de ondas. Así por ejemplo, si la fuente emite luz (onda electromagnética) y se acerca a un observador la frecuencia percibida por éste será mayor, así que sus líneas espectrales se corren hacia el azul (color que le corresponde una frecuencia mayor), pero si la fuente se aleja la frecuencia percibida será menor y sus líneas espectrales se correrán hacia el rojo (color que le corresponde una frecuencia menor).
El efecto Doppler también sirve para medir la velocidad de las galaxias.

MATERIAL
Un zumbador, podría servir un celular  que emita un sonido constante.
Un morral o un hilo de 1.5 m
Diapasones de diferente frecuencia
Una regla de plástico de 30 cm

DESARROLLO EXPERIMENTAL
1.- Se coloca la regla de plástico sobre una mesa, de tal forma que un pedazo de ella quede fuera de la mesa. Se oprime hacia abajo la parte de la regla que se encuentra fuera de la mesa y se suelta para observar cómo vibra dicha regla. Se repite la experiencia cambiando la longitud del pedazo de regla fuera de la mesa y se escucha el sonido que produce la vibración.
2.- Se ponen sobre una mesa los diapasones. Se les pega para hacerlos vibrar y percibir el sonido que produce cada uno.
3.- Se coloca el zumbador dentro del morral  para girarlo sobre la cabeza describiendo círculos horizontales. Se pide a un compañero que se coloque a unos metros de distancia para notar si hay cambios en la frecuencia (tono) del sonido que emite el zumbador.

RESULTADOS
Cuando la longitud de la regla que sobresale de la mesa es grande, vibra muy lentamente, es decir, su frecuencia de vibración es pequeña y el tono del sonido que produce es grave (como un sonido “grueso”). Si la parte que sobresale es corta, vibra muy rápido, su frecuencia es alta y el tono del sonido es más agudo (como un sonido más “delgado”). Con este experimento se nota el tipo de sonido cuando cambia la frecuencia de la fuente sonora. Esta experiencia se realiza para poder percibir el cambio de frecuencia cuando la fuente sonora se mueva.
Se sabe que al pegarle a un diapasón éste vibra a determinada frecuencia y al mismo tiempo emite un sonido. Cada diapasón vibra a diferente frecuencia (si hay dos iguales vibrarán a la misma frecuencia). Al golpear los diferentes diapasones colocados sobre la mesa se escuchan diferentes tonos desde los más graves hasta los más agudos. Los sonidos graves lo emiten los diapasones de menor frecuencia y los agudos los de mayor frecuencia. Este experimento se realizó para poder distinguir los sonidos de mayor y menor frecuencia. Así se podrá notar si hay cambio de frecuencia al mover la fuente sonora, es decir, se podrá notar el efecto Doppler, cuando se presente.
Al mover el zumbador describiendo círculos sobre la cabeza, el observador que se encuentra a unos cuantos metros escucha que el sonido cambia de tono, es decir, cambia de frecuencia. Aquí se nota el efecto Doppler ya que la fuente sonora se mueve acercándose y se alejándose constantemente del observador.

CONCLUSIONES
Con un sencillo experimento hemos observado el efecto Doppler. Esto fue de manera cualitativa, sin embargo, fue muy claro percibir el cambio de frecuencia del sonido al mover la fuente sonora. Los astrónomos han mirado hacia las galaxias y han notado que la frecuencia de la luz que emiten está corrida hacia el rojo, esto quiere decir que estas fuentes de luz (las galaxias) se están alejando, por lo tanto el universo se está expandiendo.

BIBLIOGRAFÍA
Alvarenga, B., Máximo, A., Física General con experimentos sencillos, Cuarta edición,         decimo séptima reimpresión, México, Editorial Oxford, 2008.
Tippens, Paul., Física conceptos y aplicaciones, México, Editorial Mc Graw Hill, 2001.

GLOSARIO
Corrimiento al rojo.- Desplazamiento de las líneas del espectro óptico hacia el extremo del rojo.
Cúmulo de galaxias.- Asociaciones de muchas galaxias.
Efecto Dopper.- Cambio de frecuencia de las ondas debido al movimiento relativo entre la fuente y el observador.