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ISMAEL OJEDA GIL isma_dinamica1@starmedia.com

EFECTO DOPPLER

 LABORATORIO EFECTO DOPPLER    LABORATORIO EFECTO DOPPLERII                                                                    

Christian Doppler fue un científico y matemático que investigó y explicó el fenómeno que ha dado en llamarse el efecto Doppler. Él observó que los sonidos parecían tener un tono más alto cuando el oyente y la fuente del sonido se acercaban, y más bajo cuando se separaban.

Para comprobar esto, le pidió a un músico sobre un tren que toque una nota mientras que otra persona estaba parada a un lado del tren escuchando y tratando de determinar qué nota estaba tocando. A medida que el tren se acercaba, el oyente pensaba que la nota era más alta que la que el músico en realidad estaba tocando. Al pasar el tren, el oyente escuchó una disminución en el tono y mientras el tren se alejaba la nota sonaba más baja que la que el músico tocaba y escuchaba.

Cuando la fuente de ondas y el observador están en movimiento relativo con respecto al medio material en el cual la onda se propaga, la frecuencia de las ondas observadas es diferente de la frecuencia de las ondas emitidas por la fuente. Este fenómeno recibe el nombre de efecto Doppler en honor a su descubridor.

En primer lugar, vamos a observar el fenómeno, y después obtendremos la fórmula que relaciona la frecuencia de las ondas observadas con la frecuencia de las ondas emitidas, la velocidad de propagación de las ondas vs, la velocidad del emisor vE y la velocidad del observador vO.

Consideraremos que el emisor produce ondas de forma continua, pero solamente representaremos los sucesivos frentes de ondas, circunferencias centradas en el emisor, separados por un periodo, de un modo semejante a lo que se puede observar en la experiencia en el laboratorio con la cubeta de ondas. En la simulación más abajo, fijaremos la velocidad de propagación del sonido en una unidad vs=1, y el periodo de las ondas sea también la unidad, P=1, de modo que los sucesivos frentes de onda se desplazan una unidad de longitud en el tiempo de un periodo, es decir, la longitud de las ondas emitidas es una unidad, l =vsP.

Empezamos por el caso más sencillo, en el que el observador está en reposo, a la izquierda o a la derecha del emisor de ondas. Vamos a estudiar diversas situaciones dependiendo de la velocidad del emisor.

Recordaremos que en el estudio de las del movimiento ondulatorio armónico, se estableció la relación entre longitud de onda y periodo, l =vsP.

El emisor está en reposo (vE=0)

 Se dibujan los sucesivos frentes de ondas que son circunferencias separadas una longitud de onda, centradas en el emisor. El radio de cada circunferencia es igual al producto de la velocidad de propagación por el tiempo transcurrido desde que fue emitido. La separación entre dos frentes de onda es una longitud de onda, l=vsP, siendo P el periodo o tiempo que tarda en pasar dos frentes de onda consecutivos por la posición del observador.

  • La longitud de onda medida por el emisor y por el observador es la misma, una unidad, lE=lO=1.

 

Cuando el emisor está en movimiento (vEs)

Consideramos primero el caso de que la velocidad del emisor vE sea menor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (vE<1).

Si el movimiento del emisor va de izquierda a derecha (velocidades positivas), la longitud de onda medida por el observador situado a la derecha es más pequeña que la unidad, y la longitud de onda medida por el observador situado a la izquierda del emisor es mayor que la unidad.

 

 
  • Observador situado a la derecha del emisor lO<lE
  • Observador situado a la izquierda del emisor lO>lE

Como l =vP, o bien l =v/f , hay una relación inversa entre longitud de onda l y la frecuencia f.

  • Observador situado a la derecha del emisor fO>fE
  • Observador situado a la izquierda del emisor fO<fE

Si el emisor emite ondas sonoras, el sonido escuchado por el observador situado a la derecha del emisor, será más agudo y el sonido escuchado por el observador situado a la izquierda será más grave. En otras palabras, cuando el emisor se acerca al observador, éste escucha un sonido más agudo, cuando el emisor se aleja del observador, éste escucha un sonido más grave.

Cuando el emisor está en movimiento (vE=vs)

 Cuando la velocidad del emisor vE sea igual que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (vE=1), la longitud de onda medida por el observador situado a la derecha del emisor es cero. Si el emisor es un avión que va a la velocidad del sonido, los sucesivos frentes de las ondas emitidas se agrupan en la punta o morro del avión.

 

Cuando el emisor está en movimiento (vE>vs)

Cuando la velocidad del emisor vE sea mayor que la velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (vE>1), el movimiento ondulatorio resultante es entonces una onda cónica (la envolvente de los sucesivos frentes de onda es un cono con el vértice en el emisor), esta onda se llama onda de Mach u onda de choque, y no es más que el sonido repentino y violento que oímos cuando un avión supersónico pasa cerca de nosotros. Estas ondas se observan también en la estela que dejan los botes que se mueven con mayor velocidad que las ondas superficiales sobre el agua.

La envolvente, es la recta tangente común a todas las circunferencias. En el espacio, los frentes de onda son esferas y la envolvente es una superficie cónica.

 En el instante t=0, el emisor se encuentra en B, emite una onda que se propaga por el espacio con velocidad vs. En el instante t el emisor se encuentra en O, y se ha desplazado vE·t, En este instante, el frente de onda centrado en B tiene una radio vs·t.

En el triángulo rectángulo OAB el ángulo del vértice es sen θ=vE/vs. Este cociente se denomina número de Mach.

Actividades

Se introduce

  • La velocidad del emisor, actuando en la barra de desplazamiento titulada Velocidad del emisor
  • La velocidad de propagación del sonido se ha fijado en vs=1.0

Se pulsa el botón titulado Empieza

Si pulsamos el botón titulado Pausa, la imagen congelada de los sucesivos frentes de onda puede ser fácilmente reproducida en papel utilizando la regla y el compás.

Pulsando varias veces en el botón titulado Paso, podemos medir el periodo o intervalo de tiempo que transcurre para el observador, el paso de dos frentes de ondas consecutivos. La inversa de las cantidades medidas nos dará las frecuencias de las ondas para el observador situado a la izquierda del emisor y para el situado a su derecha.

 

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30 comentarios

oscar guillermo arcila rodriguez -

yo oscar guillermo arcila rodriguez del curso 1002 me parece el ejericio coherente y entendible pues se distingue muy bien las ecuaciones referentes a la altura y la distancia y el factor resultante de tiro parabolico

beyer andres arias arias [10-02] -

yo beyer andres arias observe y analice el video y me parece que es un poco confuso. igualmente se refiere a lo planteado en clase teniendo en cuenta que se toma como base en la altura (y) la gravedad negativa y en la trayectoria(x)horizontal se toma el tiempo y la distancia recorrida
[ opino que en el video la formula es mas complicada comparando con las vistas en clase] pero igual es una buena exlicacion referente al tiro parabolico

karen solange uyasan trujillo -

yo karen uyasan curso 1002 este video fue muy practico e interesante pero prefiero que me lo explique el profe ismael

Daniel Huertas -

yo daniel camilo huertas de 1002 jm. entendi q es un movimiento q se caracteriza por una curva el la cual la velocidad inicial se puede descomponer en 2 ejes

jerson mauricio -

yo mauricio tovar del curso 1002 jm. el video lo entendi arto por q muestra como el tiro parabolico esta formado por dos movimientos y la trayectoria forma una parabola

camilo gonzalez 11-13 -

las graficas del efecto duppler estan muy faciles de entender ademas esta dinamica de laboratorios refuerzan los conocimientos vistos en el aula tambien ayudan a enterder las ecuaciones relacionadas con las ondas y es muy practico el java para resolver y entender algunos problemas relacionados con el tema

Ivan Guerrero 1103 jm -

Bueno pues ahi lo hicimos en grupo pero estan bien bacanos los laboratorios

Andres Ontibon 1102 jm -

profe fue myu precisa la explicacion me gusto
lo entendi con mucha facilidad.

Diana Guaje 1103JM -

Este laboratorio esta super bacano sobre todo la construccion geometrica y el video del violin que esta super clarisimo....Gracias

fabian jimenez y wendy barrero 1103 FITS -

profe nos reunimos a hacer la tarea entonces lo vale por los dos con los aboratorios nos parece q es mas facil vemos gracias

Jeisson Rodriguez 1103 F.I.T.S. -

me parecio complicado este laboreatorio del efecto doppler no entendi bien

francisco gonzalez 1103 -

profe no entendi el laboratorio 1 me guie por el lab. 2 F.I.T.S.

daniel gomez 11-12 -

gracias ismael por preocuparse x nuestro aprendizaje ademas esta es una forma mas facil de retener los temas vistos.

jhon asprilla 11-12 -

hola profe usted y sus dinamicas de aprendizaje no pero eso esta bien asi aprendemos mas facil.

diana arenas 11-12 -

ismael muy buenas sus dinamicas de aprendizaje esos muñecos estan super comicos pero asi es q se aprende facil y divertido.
gracias x dedicarle de su valioso tiempo a este laboratorio...
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nayibe castañeda 11-12 -

muy buena esta dinamica ademas por ahi dicen q jugando es q se aprende...gracias por ser tan ecxelente profesor.

julian andres ortegón 1103jm -

profe depronto en la seccion del diseño del dibujo deberia haber una explicación mas exacta del resto lo he entendido gracias

Mónica Dávila 1106 jm -

super interesante profe muy practico y facil jejejej chaoooo

andres paez -

buena profe yo vere me ayuda con punticos extra

Mayid Iregui Perez1103 -

gracias al laboratorio virtual los ejemplos se entienden mas facil y nos ayuda a entender el consepto de ondas

Yenifer Segura 11-12 -

Ps definitivamente ya me acostumbre a este blog, es muy útil en especial porque si perdemos clase en el cole, no quedamos atrasados con esta ayudita, los laboratorios son muy didácticos y ps una que otra duda que no sobra, ud la aclara en clase entons no hay problem, ta bacano el blog!!!!!!!!!

mabel layton seccion 11-12 Inem -

me parece que se entiende mejor de esta manera , y los "jueguitos" en java ayudan a enteder mejor

yurany sanches seccion 11-12 -

es muy buena la manera de crear el nuevo blog

luis fernando martinez 11.16 -

con esta metodologia entiendo mejor y refuerzo lo visto en clase

victor -

profe el esquema esta muy bien explicado haci es ke yo le digo ke haga los esquemas las ke las personas lo entiendan porke ese eskema se entiende muy bien

mireya perilla merchan 11-16 -

nuy bueno los videos hablan muy bien delas ondas gracias

Wilson Valderrama 1102 JM -

ya me quedo todo claro ,,, esta spr bien explicado

Jorge Martinez 1102 JM -

Pa' que pero hay si lo vi bien, muy precisas las explicaciones, y fue muy facil hacer las conclusiones...

FREDDY GIL 1102 JM -

LISTO TRABAJO TERMINADO MUY BUENO PROFE, SU NUEVA DINAMICA DE TRABAJO.

heyson didyer REINA -

listo pofre haora si ya hice la tarea sin copia ya mire todo lo que habia que mirar para hoy miercoles
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