6.1.1: Desplazamiento Doppler

El movimiento de una fuente de olas no cambia la velocidad de las olas. Tampoco lo hace el movimiento de un receptor de ondas. Sin embargo, si la fuente o el receptor se mueve, las ondas parecerán tener una frecuencia diferente. Por ejemplo, si te estás moviendo hacia una fuente de sonido te pones al día con el siguiente pico de la ola antes de lo que esperarías porque te estás moviendo hacia ella. Este efecto se llama el Desplazamiento Doppler y ocurre tanto para la luz como para el sonido. Para el sonido, si el objeto se mueve hacia ti la frecuencia parece mayor. Si el objeto se aleja la frecuencia parece más baja.

Nota

No es la sonoridad de la que estamos hablando aquí, que también aumenta a medida que la fuente se acerca y disminuye a medida que la fuente se aleja; el desplazamiento Doppler es sobre frecuencia, no volumen.

El desplazamiento Doppler para la luz cambia la frecuencia o el color de la luz. Los objetos que se mueven a alta velocidad hacia ti tendrán su color desplazado un poco hacia el extremo azul del espectro, mientras que los objetos que se alejan tienen colores desplazados hacia el extremo rojo del espectro. Esto no se puede ver con el ojo sino que se puede medir y se utiliza en astronomía para determinar la velocidad y dirección de estrellas y galaxias. El cambio Doppler nos dice que la mayoría de las galaxias se están alejando de la nuestra lo que nos dice que el universo se está expandiendo.

Tanto el radar policial como el radar meteorológico utilizan el Efecto Doppler para medir la velocidad de algo. Para un objeto estacionario (un automóvil, un raincloud) el haz de radar reflejado regresa con la misma frecuencia que originalmente tenía. Medir el tiempo que tarda la viga en volver nos da la distancia al objeto pero no su velocidad. Si el objeto (carro, raincloud) se mueve el Efecto Doppler provocará un cambio en la frecuencia de retorno. Una computadora compara el haz saliente y reflejado para determinar no solo qué tan lejos está el objeto (desde el tiempo que tarda en regresar), sino también qué tan rápido se mueve (desde el desplazamiento Doppler en frecuencia). Para el radar meteorológico la cantidad de radar reflejado también nos dice algo sobre el contenido de agua en la nube. El granizo y la nieve tienen patrones de reflexión diferentes a los de la lluvia por lo que el radar también puede decirnos qué hay en la nube además de distancia y velocidad.

Ejemplos de video/audio:

• Desplazamiento Doppler de un vehículo de bomberos. Observe que la sonoridad NO es lo importante; el cambio de tono es el efecto Doppler.
• Para una fuente que viaja más rápido que la velocidad del sonido, las ondas se apilan en una onda de choque que produce un boom sónico.
• Una vez pieza de evidencia (hay otras) de que el universo se está expandiendo es el desplazamiento Doppler de la luz de las estrellas.
• Las ondas sonoras con frecuencias superiores a 20,000 Hz se denominan ondas sonoras de ultrasonido. Es posible que esté familiarizado con imágenes de niños por nacer hechas con ultrasonido. El desplazamiento Doppler también se puede utilizar con ultrasonido para ver el movimiento de la sangre en el corazón. Esto se conoce como ecocardiología.
• Indicaciones para construir tu propio detector de radar y una conferencia sobre cómo funciona.