Efecto doppler

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Cambio aparente de la frecuencia de una onda.
DDeebbiiddoo aall mmoovviimmiieennttoo ddee llaa ffuueennttee ddee uunnaa oonnddaa oo ddee qquuiieenn llaa ppeerrcciibbee,, aallgguunnaass
ccaarraacctteerrííssttiiccaass ddee eessttaa ttiieenneenn uunn ccaammbbiioo aappaarreennttee..
Características del sonido:
Los sonidos se caracterizan por tres cualidades muy particulares, la intensidad,
el tono y el timbre que vamos ahora a estudiar con más detalles.
La energía trasportada en una onda por unidad de tiempo y de superficie, lo
que llamamos intensidad, es proporcional a la amplitud al cuadrado, o sea que
para una frecuencia dada un sonido nos aparece más y más intenso si su
amplitud crece.
Tono
El tono de un sonido es la cualidad que corresponde a la sensación de un
sonido más o menos bajo o alto. La experiencia nos muestra que el sonido se
hace más y más alto cuando crece la frecuencia (figura 4.5), por lo tanto
podemos medir el tono de un sonido por su frecuencia.
Timbre
Dos sonidos de la misma intensidad e igual tono pueden dar sensaciones muy
diferentes. Si se escucha la misma nota dada por un violín y un piano,
inmediatamente se sabrá a que instrumento pertenece cada nota; se dice que
estos sonidos difieren por sus timbres.
Efecto Doppler
Cuando una fuente sonora, en este caso la
ambulancia, o un observador o ambos están en
movimiento con respecto al aire, la frecuencia
percibida por el observador es diferente de la
realmente emitida. Este fenómeno se conoce
con el nombre de efecto Doppler.

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Sea un observador O y una fuente sonora F de
frecuencia Ff en reposo; en un tiempo t el número de
longitud de onda emitida es igual Ff t.
Al cabo de t segundos el frente de onda llega hasta el
punto M, situado a una distancia c·t, siendo c la
velocidad de las ondas en el medio.
La velocidad del sonido en el aire es aproximadamente
340m/s
Pero si la fuente ahora tiene una velocidad Fv aleján-
dose de O, al cabo de t segundos estará en F', siendo F'
= Fv t.
Esto quiere decir que el número de longitudes de onda
anterior Ff ·t se extiende sobre una distancia
tvctMF F' por lo tanto la longitud de onda es ahora
mayor que antes y vale
F
F
F
F
f
vc
tf
tvct
Si el observador se mueve con velocidad 0v en la di-
rección de la fuente las ondas se aproximan al obser-
vador con una velocidad relativa 0vc . De aquí de-
ducimos la frecuencia de las ondas para el observador
de la relación fv .
FF fvc
vcvc
f
)(
00
0
En forma general:
F
F
vc
f
vc
f
0
0
Esta relación expresa la frecuencia 0f percibida por el observador en función
de la frecuencia de la fuente Ff . No es necesario deducir ecuaciones para
otros casos si se utiliza el convenio de signos siguiente:

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La velocidad c de las ondas sonoras se considerará siempre positiva.
Tomaremos como dirección positiva la que va del observador hacia la fuente
para 0v y Fv de lo contrario el valor de la velocidad será negativo.
La frecuencia percibida por el observador puede calcularse entonces mediante
la ecuación:
)( 00 vc
vc
f
f
F
F
Mientras que la frecuencia de la fuente puede calcularse mediante la ecuación:
)( f
o
o
f vc
vc
f
f
Es necesario en cualquier caso tener en cuenta el signo correspondiente a
cada una de las velocidades.
Ejemplos
1. Sea una fuente sonora de frecuencia 1000 ciclos/seg que se acerca a un
observador inmóvil con una velocidad de 170 m/seg (c = 340 m/seg).
Aquí Fv es negativo y la frecuencia que percibe el observador es:
segciclos2000
170340
340
10000f
2. Un observador se acerca a una fuente de frecuencia 1000 ciclos/seg con una
velocidad 170 m/seg.
Aquí 0v es positiva y la frecuencia percibida es:
segciclos1500
340
170340
10000f
Es interesante notar que la frecuencia percibida no es la misma en los dos
casos, pero es siempre superior a la frecuencia de la fuente. De la misma
manera se puede ver que si un observador se aleja de una fuente o a la
inversa, la frecuencia disminuye.

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3. Un observador y un foco sonoro de frecuencia 1000 ciclos/seg, se acercan
entre sí, con velocidad de 170 m/seg cada uno.
La frecuencia percibida es:
segciclos3000
170340
170340
10000f
Se evaluaran conceptos teóricos, solución
de ejercicios, con su correspondiente
desarrollo y expresión de unidades.
El sonido es una onda mecánica, que
es percibida por el oído humano
dependiendo de su frecuencia. Las
características de esta onda depende
de diferentes variables, por ejemplo la
frecuencia percibida depende del
movimiento relativo entre el observador
y la fuente.

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"Nada es más peligroso que
una idea cuando no se tiene
más que una." Émile Chartier

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