Sonido - Efecto Doppler




Introducción
De todas las ondas mecánicas que se dan en la naturaleza, las más importantes en la vida diaria son las ondas sonoras.
La definición más general del sonido es una onda longitudinal en un medio material. El oído humano es sensible a las ondas en el intervalo de frecuencias de 20 a 20,000 [Hz], llamada gama audible, pero también usamos el término sonido para ondas similarescon frecuencias mayores (ultrasónicas) y menores (infrasónicas). El sonido es producido por un movimiento vibratorio, y para transmitirse necesita siempre un medio elástico sólido, líquido o gaseoso.
Suponga que movemos verticalmente la cuerda con un movimiento armónico simple.

La onda producida es una sucesión simétrica de crestas y valles. La amplitud (A) es la distancia entre el punto másalejado de una onda y el punto de equilibrio o medio. La forma de la cuerda en cualquier instante es un patrón repetitivo. La longitud del mismo es la distancia entre una cresta y la siguiente, o de un valle al siguiente, o de cualquier punto al punto correspondiente en la siguiente repetición de la forma. Llamamos a esta distancia longitud de onda (λ). La frecuencia (f) de una onda consiste en elnúmero de ciclos o de cambios de presión que ocurren en un segundo. La frecuencia la cuantificamos en ciclos por segundo o hertz [Hz]. El patrón de onda viaja con rapidez constante v y avanza una longitud de onda λ en el lapso de un periodo T. Por lo tanto, la rapidez de la onda v está dada por , y como , entonces tenemos que
La frecuencia es una propiedad de toda la onda periódica, porque todoslos puntos de la cuerda oscilan con la misma frecuencia f.
El efecto Doppler
Consideremos una persona que se encuentra cerca de un automóvil parado, cuya bocina está emitiendo un sonido de frecuencia f0. La persona también está en reposo, por lo que el número de crestas por segundo que llegan hasta el oído de la persona es igual a f0.
Si la persona empieza moverse en dirección al automóvil, elnúmero de crestas que van a llegar hasta el oído de la persona en cada segundo, será mayor que f0, la persona percibirá un sonido de frecuencia mayor que f0 y tendrá la sensación de que el sonido de la bocina se vuelve más agudo. Si la persona se aleja del automóvil, el número de crestas que llega hasta su oído por segundo es menor que f0, y de esta manera, percibe un sonido más grave (frecuenciamenor).
Esta variación aparente de la frecuencia de una onda, provocada por el movimiento relativo entre el observador y la fuente se conoce como efecto Doppler.

Aplicaciones del efecto Doppler
El radar
Una de sus aplicaciones más importantes es la del radar. El radar Doppler, que se utiliza a menudo para medir la velocidad de objetos como un coche o una pelota, transmite con una frecuenciaconstante. Las señales reflejadas por objetos en movimiento respecto a la antena presentarán distintas frecuencias a causa del efecto Doppler. Su sistema de localización se basa en emitir pulsos de ondas a una frecuencia determinada y utilizar el efecto Doppler para determinar la velocidad transversal relativa de los objetos.

Su fundamento físico se basa en el hecho de que objetos en los queexiste movimiento con respecto al radar (en la componente perpendicular a la dirección de iluminación) producen una alteración en la frecuencia de la onda cuando esta incide sobre ellos. Los objetos que se acerquen a la fuente influirán positivamente en la frecuencia del eco que produzcan y objetos que se alejen influirán negativamente en esta relación, siendo mayor la frecuencia de la onda emitidapor la fuente que la del eco. La diferencia entre las frecuencias emitidas y recibidas permite calcular la velocidad del objeto en movimiento. El cálculo de la velocidad se basa en el conocimiento previo de la frecuencia del radar, de la velocidad de la luz, del número de pulsos emitidos por segundo y de la diferencia entre la frecuencia emitida y la producida por su eco.
Ecografías
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