17 El efecto Doppler relativista

Escuela Superior Politécnica del
Litoral
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y
MATEMÁTICAS

Maestría en Enseñanza de la Física
Tópicos especiales de la Física
TEMA
EFECTO DOPPLER RELATIVISTAY SUS APLICACIONES

MAESTRANTE
Ing. Marco Noroña A.
PROFESOR
MSC. Eduardo Montero
Guayaquil – Ecuador

EL EFECTO DOPPLER RELATIVISTA
INTRODUCCIÓN
Para comprender el funcionamiento de diferentes equipos utilizadosen astronomía, electrónica,
medicina tales como el radar, GPS entre otros, es importante tener conocimiento de un principio
físico llamado el efecto Doppler, descubierto en 1842 por el físico austriaco Christian Doppler, el
cual consiste en el cambio de frecuencia de una onda producida por el movimiento relativo de la
fuente respecto a su observador, este concepto se asocia mayormente con elsonido y suele
estudiarse en cursos introductorios de física clásica, pero existen otras ondas que deben analizarse
en forma distinta a las ondas sonoras, por ejemplo las ondas de luz a las cuales se las debe analizar
aplicando formulas de la relatividad especial lo que traería como consecuencia determinar otra
fórmula para el efecto Doppler apareciendo el efecto Doppler relativista y que son aplicadaspara
construir nuevos equipos de precisión satelital y los cálculos de velocidades de estrellas y planetas
en astronomía.

HISTORIA
El efecto Doppler fue descubierto en 1842 por Christian Johan Doppler y es un efecto de la
física ondulatoria que ocurre cuando una fuente en movimiento emite ondas. Su
descubrimiento tiene ahora numerosas aplicaciones
Esta idea la presentó Christian doppler en uncongreso de ciencias naturales que se celebró
en Praga en mayo de 1842. Contaba con 38 años y era profesor de matemáticas y geometría
práctica en el Instituto Técnico de Praga. La comunicación llevaba por título “Über das
farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels” (Sobre el color de
la luz en estrellas binarias y otros astros).. Sus ideas las tomó después de observardurante
mucho tiempo los fenómenos de la naturaleza.
En junio de 1845 un meteorólogo de Utrech, Christoph H.D.Ballot, confirmó el principio
de Dopplert durante el trayecto en tren de Utrech a Amsterdam. Doppler realizó un
experimento poco después. Utilizó una locomotora para realizar sus observaciones. Colocó
un grupo de músicos en un ferrocarril y les indicó que tocaran la misma nota musical
mientrasque otro grupo de músicos, en la estación del tren, registraba la nota musical que
oían mientras el tren se acercaba y alejaba de ellos sucesivamente. Una idea engorrosa, pero
brillante. Es curioso que el ejemplo clásico para ilustrar el efecto Doppler es el silbato de
una locomotora en movimiento acercándose y luego alejándose de un observador inmóvil;
el no tuvo en cuenta este hecho en suexperimento.
Más tarde el físico francés Armand Hippolyte L. Fizeau (1818-1896), que hizo las primeras
medidas de la velocidad de la luz, generalizó el trabajo de Doppler al aplicar su teoría no
sólo al sonido sino a la luz. Así en el año de 1848, éste determinó que los cuerpos celestes
que se acercan hacia la Tierra son vistos de color azul y los que se alejan se ven de color
rojo. Esto, en términosgenerales, significa que las ondas de luz, cuando se aproximan hacia
el observador se dirigen hacia el extremo ultravioleta del espectro y cuando se alejan, se
aproximan hacia el extremo infrarrojo del espectro, es decir, que sus ondas, al igual que las
sonoras, se vuelven más altas cuando se aproximan y más bajas cuando se distancian.

Principio de Doppler

figura 1

Cuando un medio esperturbado, por ejemplo en
un estanque al mover un insecto las patas sobre
el agua, origina una perturbación que es capaz
de propagarse generando ondas. La distancia
entre las crestas de las ondas es lo que se
conoce como longitud de onda y en este primer
caso si el insecto no avanza será igual en todas
las direcciones. En la figura 1 podemos ver
como la frecuencia con la que estas ondas se
presentan...