Efeito Doppler para ondas eletromagnéticas. Pesquisa Básica

O efeito Doppler é descrito pela fórmula:

onde está a frequência da onda registrada pelo receptor; - frequência da onda emitida pela fonte; - no meio ambiente; e são as velocidades do receptor e da fonte em relação ao meio elástico, respectivamente.

Se a fonte sonora se aproximar do receptor, sua velocidade terá um sinal de mais. Se a fonte se afastar do receptor, sua velocidade terá um sinal negativo.

Fica claro pela fórmula que quando a fonte e o receptor se movem de tal forma que a distância entre eles diminui, a frequência percebida pelo receptor acaba sendo maior que a frequência da fonte. Se a distância entre a fonte e o receptor aumentar, será menor que .

O efeito Doppler é a base dos radares, com a ajuda dos quais os policiais de trânsito determinam a velocidade de um carro. Na medicina, o efeito Doppler é usado para dispositivo ultrassônico distinguir veias de artérias ao realizar injeções. Graças ao efeito Doppler, os astrônomos descobriram que o Universo está se expandindo - as galáxias estão se afastando umas das outras. Usando o efeito Doppler, os parâmetros de movimento de planetas e espaçonaves são determinados.

Exemplos de resolução de problemas

EXEMPLO 1

Exercício	Dois carros se aproximam em uma rodovia com velocidades m/s e m/s. O primeiro deles produz um sinal sonoro com frequência de 600 Hz. Determine a frequência do sinal que o motorista do segundo carro ouvirá: a) antes da reunião; b) após a reunião. A velocidade do som é considerada 348 m/s.
Solução	Antes do encontro, os carros se aproximam, ou seja, a distância entre eles diminui e a fonte sonora (o primeiro carro) se aproxima do receptor de som (o segundo carro), então a velocidade do primeiro carro entrará na fórmula com um sinal de mais. Vamos calcular: Hz Após a reunião, os carros se afastarão um do outro, ou seja, a fonte do sinal sonoro se afastará do receptor, então a velocidade da fonte entrará na fórmula com um sinal de menos: Hz
Responder	A frequência do sinal que o motorista do segundo carro ouvirá antes de encontrar o primeiro será de 732 Hz, e após o encontro – 616 Hz.

EXEMPLO 2

Exercício	Um trem rápido se aproxima de um trem elétrico parado nos trilhos a uma velocidade de 72 km/h. O trem elétrico emite um sinal sonoro com frequência de 0,6 kHz. Determine a frequência aparente do sinal sonoro que o maquinista do trem rápido ouvirá. A velocidade do som é considerada igual a 340 m/s.
Solução	Vamos escrever a fórmula do efeito Doppler: No referencial associado ao trem rápido, o maquinista do trem rápido (receptor de sinal) está parado, portanto, e o trem elétrico (fonte de sinal) se move em direção ao trem rápido a uma velocidade , que possui sinal de mais, uma vez que o a distância entre a fonte e o receptor do sinal sonoro diminui. Vamos converter as unidades para o sistema SI: velocidade de movimento de um trem elétrico em relação a um trem rápido km/h m/s; frequência do sinal sonoro do trem elétrico kHz Hz. Vamos calcular: Hz
Responder	A frequência aparente que um maquinista de trem rápido ouvirá é 638 Hz.

EXEMPLO 3

Exercício	Um trem elétrico passa pela plataforma ferroviária. Um observador parado na plataforma ouve o som da sirene de um trem. Quando o trem chega? Um observador ouve um som de 1100 Hz enquanto o trem se afasta; a frequência aparente do som é de 900 Hz. Encontre a velocidade da locomotiva elétrica e a frequência do som emitido pela sirene. A velocidade do som no ar é considerada igual a 340 m/s.
Solução	Como o observador parado na plataforma está imóvel, a velocidade do receptor é . Vamos anotar a fórmula do efeito Doppler para ambos os casos. a) quando o trem se aproxima: b) quando o trem se afasta: Vamos expressar as frequências do sinal sonoro da sirene e igualar os lados direitos das igualdades resultantes:

Sob Efeito Doppler compreender a mudança na frequência registrada pelo receptor de onda associada ao movimento da fonte e do receptor. Este efeito foi fundamentado teoricamente pela primeira vez em acústica e óptica pelo físico austríaco K. Doppler em 1842.

Consideremos a derivação da fórmula que determina a frequência da onda elástica percebida pelo receptor, utilizando o exemplo de dois casos especiais. 1. O meio contém uma fonte estacionária e um receptor de ondas sonoras. Frequências e comprimentos de onda emitidos pela fonte
, movendo-se em velocidade , alcance o receptor e crie oscilações da mesma frequência nele
(Fig. 6.11, a). 2. A fonte e a onda por ela emitida se movem ao longo do eixo do Boi. O receptor se move em direção a eles. Observe que a velocidade da onda depende apenas das propriedades do meio e não depende do movimento do receptor e da fonte. Portanto, o movimento da fonte a uma frequência constante as vibrações emitidas por ele apenas alterarão o comprimento de onda. Na verdade, a fonte para o período de oscilação irá longe
, e de acordo com a lei da adição de velocidades a onda se afastará da fonteà distância
e, portanto, seu comprimento de onda
haverá menos (Fig. 6.11,b).

Em relação ao receptor, a onda, de acordo com a lei da adição de velocidades, se moverá a uma velocidade
e para um comprimento de onda constante freqüência as vibrações percebidas pela fonte mudarão e serão iguais

.

Se a fonte e o receptor se afastarem um do outro, então na fórmula da frequência os sinais precisam ser alterados. Conseqüentemente, uma única fórmula para a frequência de oscilação percebida pelo receptor quando a fonte e o receptor se movem em uma linha reta será semelhante a esta:

. (6.36)

Desta fórmula segue-se que para um observador localizado, por exemplo, em uma estação, a frequência do sinal sonoro de um trem que se aproxima ( υ RP =0, υ IST >0)

será maior e menor conforme você se afasta da estação. Se, por exemplo, tomarmos a velocidade do som υ = 340 m/s, a velocidade do trem υ = 72 km/h e a frequência do sinal sonoro ν 0 = 1000 Hz (esta frequência é bem percebida pelo ser humano ouvido, e o ouvido distingue ondas sonoras com uma diferença de frequência superior a 10 Hz), então a frequência do sinal percebido pelo ouvido variará dentro

=

Se a fonte e o receptor se movem com velocidades direcionadas em um ângulo com a linha reta que os conecta, então para calcular a frequência , percebido pelo receptor, é necessário fazer projeções de suas velocidades nesta linha reta (Fig. 6.11, c):

. (6.37)

O efeito Doppler também é observado para ondas eletromagnéticas. Mas ao contrário

ondas elásticas, as ondas eletromagnéticas podem se propagar na ausência de um meio, no vácuo. Conseqüentemente, para ondas eletromagnéticas, a velocidade de movimento da fonte e do receptor em relação ao meio não importa. Para ondas eletromagnéticas, é necessário considerar a velocidade relativa de movimento da fonte e do receptor, levando em consideração as transformações de Lorentz e a dilatação do tempo em um referencial móvel.

Vamos considerar efeito Doppler longitudinal. Vamos derivar uma fórmula para a frequência das ondas eletromagnéticas registradas pelo receptor em um caso particular, a fonte e o receptor se movem um em direção ao outro na direção da linha reta que os conecta; Que haja dois I.S.O. – I.S.O imóvel PARA(há um receptor EMW estacionário nele) e movendo-se em relação a ele ao longo de eixos coordenados coincidentes Oh E Oh' ISO PARA′ (contém uma fonte estacionária de ondas eletromagnéticas) (Fig. 6.12,a).

Vamos considerar o que é observado no I.S.O. PARA E PARA".

1. ISOPARA ′ . A fonte de onda eletromagnética é estacionária e localizada na origem do eixo de coordenadas Oh′ (Fig. 6.12,a). Emite em I.S.O. PARA′ EMW com ponto final
, frequências
e comprimento de onda
.

O receptor se move, mas seu movimento não afeta a mudança na frequência do sinal recebido. Isso se deve ao fato de que, segundo o segundo postulado de S.T.O., a velocidade da onda eletromagnética em relação ao receptor será sempre igual a Com, e, portanto, a frequência da onda recebida pelo receptor no I.S.O. PARA" também será igual ,

2. ISOPARA . Oh O receptor EMW está estacionário e a fonte EMW se move na direção do eixo em velocidade
().

. Portanto, para a fonte é necessário levar em conta o efeito relativístico da dilatação do tempo. Isso significa que o período da onda emitida pela fonte neste referencial inercial será maior que o período da onda no I.S.O. Para comprimento de onda

, emitido pela fonte na direção do receptor, pode ser escrito Esta expressão permite o período T e frequências percebido pelo receptor EMW no I.S.O. PARA,

, (6.38)

escreva as seguintes fórmulas: PARA onde é levado em consideração que a velocidade da onda eletromagnética em relação ao receptor no I.S.O. igual a.

Com

Se a fonte e o receptor forem removidos, é necessário alterar os sinais na fórmula (6.38). Neste caso, a frequência de radiação registrada pelo receptor diminuirá em comparação com a frequência da onda emitida pela fonte, ou seja, um desvio para o vermelho no espectro de luz visível é observado.

Como você pode ver, a expressão (6.38) não inclui a velocidade da fonte e do receptor separadamente, apenas a velocidade do seu movimento relativo. Para ondas eletromagnéticas também é observado efeito Doppler transversal
, que está associado ao efeito da dilatação do tempo em um referencial inercial em movimento. Tomemos um momento em que a velocidade da fonte de onda eletromagnética é perpendicular à linha de observação (Fig. 6.12,b), então a fonte não se move em direção ao receptor e, portanto, o comprimento da onda emitida por ela não muda. (

,
. (6.39)

). Tudo o que resta é o efeito relativístico da dilatação do tempo
.

Para o efeito Doppler transversal, a mudança de frequência será significativamente menor do que para o efeito Doppler longitudinal. Na verdade, a razão das frequências encontradas usando as fórmulas (6.38) e (6.39) para efeitos longitudinais e transversais será significativamente menor que a unidade:

O efeito Doppler transversal foi confirmado experimentalmente, o que mais uma vez comprovou a validade da teoria da relatividade especial. Os argumentos aqui apresentados a favor da fórmula (6.39) não pretendem ser rigorosos, mas dão o resultado correto. Em geral, para um ângulo arbitrário entre a linha de observação e a velocidade da fonte , podemos escrever

a seguinte fórmula , (6.40) onde o ângulo

O efeito Doppler transversal está ausente para ondas elásticas em um meio. Isso se deve ao fato de que, para determinar a frequência da onda percebida pelo receptor, são feitas projeções de velocidades na linha reta que conecta a fonte e o receptor (ver Fig. 6.11c), e não há dilatação de tempo para elásticos. ondas.

O efeito Doppler tem amplas aplicações práticas, por exemplo, para medir as velocidades de estrelas e galáxias pelo deslocamento Doppler (vermelho) de linhas em seus espectros de emissão; para determinar as velocidades de alvos móveis em radar e sonar; para medir a temperatura dos corpos por alargamento Doppler das linhas de emissão de átomos e moléculas, etc.

O efeito Doppler para ondas elásticas se deve à constância da velocidade de propagação de uma onda elástica em um meio que serve como um determinado referencial selecionado. Para ondas eletromagnéticas tal referencial dedicado (meio) não existe e uma explicação do efeito Doppler para ondas eletromagnéticas só pode ser dada dentro da estrutura da teoria da relatividade especial.

Deixe a fonte S aproxima-se de um receptor estacionário com velocidade R. Neste caso, a fonte emite pulsos eletromagnéticos com frequência (frequência natural) na direção do receptor. O intervalo de tempo entre dois pulsos sucessivos no referencial associado à fonte é igual a . Como a fonte está em movimento, o período de tempo correspondente no referencial estacionário associado ao receptor, devido ao efeito de desaceleração do relógio em movimento, será maior, ou seja,

, (40.1)

A distância entre pulsos adjacentes no quadro de referência associado ao receptor será igual a

. (40.2)

Então a taxa de repetição do pulso percebida pelo receptor será igual a, ou

. (40.3)

A fórmula resultante (40.3) corresponde a efeito Doppler longitudinal, que é consequência de dois fenômenos: a desaceleração de um relógio em movimento e a “compressão” (ou descarga) de pulsos associada a uma mudança na distância entre a fonte e o receptor. Se a fonte se aproximar (como no caso considerado), então a frequência da onda eletromagnética recebida aumenta (), mas se ela se afastar, então (neste caso o sinal da velocidade muda para o oposto).

Se a velocidade for muito menor que a velocidade da luz, então (40.3) pode ser substituído, até certo ponto, por uma fórmula aproximada (aproximação não relativística):

. (40.4)

No caso geral, quando o vetor velocidade da fonte forma um ângulo com a direção do receptor (linha de visão), a velocidade na fórmula (40.3) deve ser substituída por sua projeção para a linha de visão e então a frequência das ondas eletromagnéticas recebidas é determinada pela expressão

. (40.5)

Da última expressão segue-se que se a fonte se mover perpendicularmente à direção do receptor (), então o efeito Doppler transversal é observado:

, (40.6)

em que a frequência percebida pelo receptor é sempre menor que a frequência natural da fonte (). O efeito transversal é consequência direta da desaceleração do relógio em movimento e é muito mais fraco que o longitudinal.

O efeito Doppler longitudinal é usado em localização para determinar a velocidade de um objeto. Contabilidade Mudança Doppler frequências podem ser necessárias ao organizar comunicações com objetos em movimento. Estrelas duplas foram descobertas usando o efeito Doppler. Em 1929, o astrônomo americano E. Hubble descobriu que as linhas no espectro de emissão de galáxias distantes são deslocadas para comprimentos de onda mais longos (desvio para o vermelho cosmológico). O desvio para o vermelho ocorre como resultado do efeito Doppler e indica que galáxias distantes estão se afastando de nós, e a velocidade com que as galáxias se afastam é proporcional à sua distância:

onde está a constante de Hubble.

Você já percebeu que o som da sirene de um carro tem um tom diferente conforme ela se aproxima ou se afasta de você?

A diferença na frequência do apito ou sirene de um trem ou carro que se afasta e se aproxima é talvez o exemplo mais óbvio e difundido do efeito Doppler. Teoricamente descoberto pelo físico austríaco Christian Doppler, este efeito viria a desempenhar um papel fundamental na ciência e na tecnologia.

Para um observador, o comprimento de onda da radiação terá significado diferente em diferentes velocidades da fonte em relação ao observador. À medida que a fonte se aproxima, o comprimento de onda diminui e, à medida que se afasta, aumenta. Consequentemente, a frequência também muda com o comprimento de onda. Portanto, a frequência do apito de um trem que se aproxima é visivelmente maior do que a frequência do apito à medida que ele se afasta. Na verdade, esta é a essência do efeito Doppler.

O efeito Doppler está subjacente à operação de muitos instrumentos de medição e pesquisa. Hoje é amplamente utilizado na medicina, aviação, astronáutica e até na vida cotidiana. Usando o efeito Doppler, navegação por satélite e radares rodoviários, máquinas de ultrassom e alarme de segurança. O efeito Doppler tornou-se amplamente aplicável em pesquisa científica. Talvez ele seja mais conhecido na astronomia.

Explicação do efeito

Para compreender a natureza do efeito Doppler, basta olhar para a superfície da água. Os círculos na água demonstram perfeitamente todos os três componentes de qualquer onda. Vamos imaginar que algum flutuador estacionário crie círculos. Neste caso, o período corresponderá ao tempo decorrido entre a emissão de um e o próximo círculo. A frequência é igual ao número de círculos emitidos pelo flutuador em um determinado período de tempo. O comprimento de onda será igual à diferença nos raios de dois círculos emitidos sucessivamente (a distância entre duas cristas adjacentes).

Vamos imaginar que um barco se aproxima desse flutuador estacionário. Como se move em direção às cristas, a velocidade do barco será somada à velocidade de propagação dos círculos. Portanto, em relação ao barco, a velocidade das cristas que se aproximam aumentará. O comprimento de onda diminuirá ao mesmo tempo. Consequentemente, o tempo que passará entre os impactos de dois círculos adjacentes na lateral do barco diminuirá. Ou seja, o período diminuirá e, consequentemente, a frequência aumentará. Da mesma forma, para um barco em retirada, a velocidade das cristas que agora o alcançarão diminuirá e o comprimento de onda aumentará. O que significa aumentar o período e diminuir a frequência.

Agora imagine que o flutuador esteja localizado entre dois barcos estacionários. Além disso, o pescador de um deles puxa a bóia em sua direção. Adquirindo velocidade em relação à superfície, o flutuador continua a emitir exatamente os mesmos círculos. No entanto, o centro de cada círculo subsequente será deslocado em relação ao centro do anterior em direção ao barco para o qual o flutuador está se aproximando. Portanto, na lateral deste barco, a distância entre as cristas será reduzida. Acontece que círculos com comprimento de onda reduzido e, portanto, com período reduzido e frequência aumentada, chegarão ao barco com o pescador puxando a bóia. Da mesma forma, ondas com maior comprimento, período e frequência reduzida atingirão outro pescador.

Estrelas multicoloridas

Tais padrões de mudanças nas características das ondas na superfície da água já foram notados por Christian Doppler. Ele descreveu cada caso matematicamente e aplicou os dados obtidos ao som e à luz, que também possuem natureza ondulatória. Doppler sugeriu que a cor das estrelas depende diretamente da velocidade com que elas se aproximam ou se afastam de nós. Ele delineou essa hipótese em um artigo que apresentou em 1842.

Observe que o Doppler se enganou sobre a cor das estrelas. Ele acreditava que todas as estrelas irradiam branco, que é posteriormente distorcido devido à sua velocidade em relação ao observador. Na verdade, o efeito Doppler não afeta a cor das estrelas, mas sim o padrão do seu espectro. Para estrelas que se afastam de nós, todas as linhas escuras do espectro aumentarão o comprimento de onda - mudarão para o vermelho. Este efeito é estabelecido na ciência sob o nome de “desvio para o vermelho”. Nas estrelas que se aproximam, ao contrário, as linhas tendem para a parte do espectro com maior frequência - a cor violeta.

Esta característica das linhas espectrais, baseada nas fórmulas de Doppler, foi teoricamente prevista em 1848 pelo físico francês Armand Fizeau. Isto foi confirmado experimentalmente em 1868 por William Huggins, que deu uma importante contribuição ao estudo espectral do espaço. Já no século XX, o efeito Doppler para linhas do espectro seria chamado de “desvio para o vermelho”, ao qual voltaremos.

Concerto sobre trilhos

Em 1845, o meteorologista holandês Beuys-Ballot, e mais tarde o próprio Doppler, conduziram uma série de experimentos para testar o efeito “sonoro” do Doppler. Em ambos os casos, eles usaram o efeito mencionado anteriormente da buzina de um trem que se aproximava e partia. O papel do apito era desempenhado por grupos de trompetistas que tocavam uma determinada nota no vagão aberto de um trem em movimento.

Beuys-Ballot enviou trompetistas por pessoas com boa audição, que registraram a mudança de nota em diferentes velocidades da composição. Ele então repetiu esta experiência, colocando os trompetistas numa plataforma e os ouvintes numa carruagem. Doppler registrou a dissonância das notas de dois grupos de trompetistas, que se aproximavam e se afastavam dele ao mesmo tempo, tocando uma nota.

Em ambos os casos, o efeito Doppler para ondas sonoras foi confirmado com sucesso. Além disso, cada um de nós pode conduzir esta experiência em vida cotidiana e confirme você mesmo. Portanto, apesar de o efeito Doppler ter sido criticado pelos contemporâneos, pesquisas posteriores o tornaram inegável.

Conforme observado anteriormente, o efeito Doppler é usado para determinar a velocidade dos objetos espaciais em relação ao observador.

As linhas escuras no espectro dos objetos cósmicos estão inicialmente sempre localizadas em um local estritamente fixo. Esta localização corresponde ao comprimento de onda de absorção de um determinado elemento. Para um objeto que se aproxima ou se afasta, todas as bandas mudam suas posições para a região violeta ou vermelha do espectro, respectivamente. Comparando as linhas espectrais da Terra elementos químicos Com linhas semelhantes nos espectros das estrelas, podemos estimar a rapidez com que um objeto se aproxima ou se afasta de nós.

O desvio para o vermelho nos espectros das galáxias foi descoberto pelo astrônomo americano Vesto Slifer em 1914. Seu compatriota Edwin Hubble comparou as distâncias às galáxias descobertas por ele com a magnitude de seu desvio para o vermelho. Assim, em 1929, ele chegou à conclusão de que quanto mais longe a galáxia está, mais rapidamente ela se afasta de nós. Como se descobriu mais tarde, a lei que ele descobriu era bastante imprecisa e não descrevia corretamente o quadro real. No entanto, Hubble estabeleceu a tendência certa para futuras pesquisas por outros cientistas, que posteriormente introduziriam o conceito de redshift cosmológico.

Ao contrário do redshift Doppler, que surge do movimento próprio das galáxias em relação a nós, o redshift cosmológico surge da expansão do espaço. Como você sabe, o Universo está se expandindo uniformemente em todo o seu volume. Portanto, quanto mais distantes duas galáxias estão uma da outra, mais rápido elas se afastam uma da outra. Portanto, cada megaparsec entre galáxias irá afastá-las umas das outras cerca de 70 quilómetros por segundo. Essa quantidade é chamada de constante de Hubble. Curiosamente, o próprio Hubble estimou inicialmente a sua constante em até 500 km/s por megaparsec.

Isto é explicado pelo fato de ele não ter levado em consideração o fato de que o desvio para o vermelho de qualquer galáxia é a soma de dois desvios para o vermelho diferentes. Além de as galáxias serem impulsionadas pela expansão do Universo, elas também fazem seus próprios movimentos. Se o redshift relativístico tiver a mesma distribuição para todas as distâncias, então o redshift Doppler aceita as discrepâncias mais imprevisíveis. Afinal, o movimento adequado das galáxias dentro dos seus aglomerados depende apenas de influências gravitacionais mútuas.

Galáxias próximas e distantes

Entre galáxias próximas, a constante de Hubble praticamente não é aplicável para estimar as distâncias entre elas. Por exemplo, a galáxia de Andrômeda tem um deslocamento violeta total em relação a nós, à medida que se aproxima da Via Láctea a uma velocidade de cerca de 150 km/s. Se aplicarmos a lei de Hubble a ele, então ele deveria estar se afastando da nossa galáxia a uma velocidade de 50 km/s, o que não corresponde de forma alguma à realidade.

Para galáxias distantes, o desvio para o vermelho Doppler é quase imperceptível. Sua velocidade de afastamento de nós depende diretamente da distância e, com um pequeno erro, corresponde à constante de Hubble. Portanto, os quasares mais distantes estão se afastando de nós a uma velocidade maior que a velocidade da luz. Curiosamente, isso não contradiz a teoria da relatividade, porque esta é a velocidade de expansão do espaço, e não os próprios objetos. Portanto, é importante ser capaz de distinguir o desvio para o vermelho Doppler do cosmológico.

É importante notar também que no caso das ondas eletromagnéticas também ocorrem efeitos relativísticos. A distorção do tempo que a acompanha e as mudanças nas dimensões lineares quando o corpo se move em relação ao observador também afetam o caráter da onda. Como em qualquer caso com efeitos relativísticos

É claro que sem o efeito Doppler, que permitiu a descoberta do desvio para o vermelho, não saberíamos sobre a estrutura em grande escala do Universo. No entanto, os astrónomos devem mais do que isto a esta propriedade das ondas.

O efeito Doppler pode detectar pequenos desvios nas posições das estrelas, que podem ser criados pelos planetas que orbitam ao seu redor. Graças a isso, centenas de exoplanetas foram descobertos. Também é usado para confirmar a presença de exoplanetas previamente descobertos por outros métodos.

O efeito Doppler desempenhou um papel decisivo no estudo de sistemas estelares próximos. Quando duas estrelas estão tão próximas que não podem ser vistas separadamente, o efeito Doppler ajuda os astrônomos. Ele permite rastrear o movimento mútuo invisível das estrelas ao longo de seu espectro. Esses sistemas estelares foram até chamados de “binários ópticos”.

Usando o efeito Doppler, você pode estimar não apenas a velocidade de um objeto espacial, mas também a velocidade de sua rotação, expansão, a velocidade de seus fluxos atmosféricos e muito mais. A velocidade dos anéis de Saturno, a expansão das nebulosas, as pulsações das estrelas são medidas graças a este efeito. É ainda usado para determinar a temperatura das estrelas, porque a temperatura também é um indicador de movimento. Podemos dizer que os astrônomos modernos medem quase tudo relacionado às velocidades dos objetos espaciais usando o efeito Doppler.

O efeito Doppler é uma mudança no comprimento e na frequência das ondas registradas por um receptor, que causa movimento de sua fonte ou do próprio receptor. O efeito recebeu este nome em homenagem a Christian Doppler, que o descobriu. A hipótese foi posteriormente comprovada por método experimental pelo cientista holandês Christian Ballot, que colocou uma banda de metais em um vagão aberto e reuniu na plataforma um grupo dos músicos mais talentosos. Quando uma carruagem com orquestra passava ao lado da plataforma, os músicos tocavam uma nota e os ouvintes anotavam no papel o que ouviam. Como esperado, a percepção do pitch dependia diretamente de , como afirmava a lei de Doppler.

Ação do efeito Doppler

Este fenômeno é explicado de forma bastante simples. O tom audível de um som é afetado pela frequência da onda sonora que atinge o ouvido. Quando uma fonte sonora se move em direção a uma pessoa, cada onda subsequente vem cada vez mais rápido. O ouvido percebe as ondas como mais frequentes, fazendo com que o som pareça mais agudo. Mas à medida que a fonte sonora se afasta, as ondas subsequentes são emitidas um pouco mais longe e chegam ao ouvido mais tarde do que as anteriores, razão pela qual o som é sentido mais baixo.

Este fenômeno ocorre não apenas durante o movimento da fonte sonora, mas também durante o movimento de uma pessoa. “Correndo” em direção a uma onda, a pessoa cruza suas cristas com mais frequência, percebendo o som como mais alto, e se afastando da onda – vice-versa. Assim, o efeito Doppler não depende do movimento da fonte sonora ou do seu receptor separadamente. A percepção sonora correspondente surge no processo de seu movimento em relação um ao outro, e este efeito característica não apenas das ondas sonoras, mas também da luz, bem como da radiação radioativa.

Aplicação do efeito Doppler

O efeito Doppler continua a desempenhar um papel extremamente importante na maioria áreas diferentes ciência e atividade humana. Com sua ajuda, os astrônomos conseguiram descobrir que o universo está em constante expansão e as estrelas estão “fugindo” umas das outras. Além disso, o efeito Doppler permite determinar os parâmetros do movimento de espaçonaves e planetas. Também constitui a base para o funcionamento dos radares que os policiais de trânsito utilizam para os carros. O mesmo efeito é usado por médicos especialistas que usam um aparelho de ultrassom para distinguir veias de artérias durante as injeções.