Acerca de este experimento
Cuando una ambulancia pasa a toda velocidad, el tono de su sirena se vuelve más grave. Este es el efecto Doppler. Cada cresta de onda sale de la fuente desde un lugar ligeramente distinto, por lo que las crestas se amontonan delante de una fuente en movimiento y se separan detrás de ella. Observa los frentes de onda circulares, arrastra a un oyente a cualquier punto de la carretera y activa el sonido para escuchar el tono que percibe. Si haces que la fuente supere la velocidad del sonido, los frentes de onda se acumulan y forman una onda de choque.
Objetivos de aprendizaje
- Explica el efecto Doppler en términos de frentes de onda emitidos desde distintas posiciones
- Calcula la frecuencia observada delante y detrás de una fuente en movimiento
- Describe cómo cambia la frecuencia percibida cuando una fuente pasa junto a un oyente situado al lado de la carretera
- Explica el cono de Mach y el estampido sónico cuando la fuente se mueve más rápido que el sonido
Cómo usarlo
- 1Ajusta la velocidad de la fuente a «En reposo» y pulsa «Reproducir». Describe el patrón de los frentes de onda.
- 2Selecciona «Coche de carreras» y vuelve a reproducir. Compara la separación entre los frentes de onda delante y detrás de la fuente.
- 3Acerca al oyente a la carretera y activa «Oír al oyente». Reproduce y escucha cómo cambia el tono al pasar el coche.
- 4Ahora aleja al oyente de la carretera y vuelve a reproducir. Compara la forma de la gráfica de frecuencia: ¿por qué la caída es más gradual?
- 5Usa las lecturas para comprobar la fórmula justo delante y justo detrás, a 120 m/s y 220 Hz.
- 6Selecciona «Velocidad del sonido» y después «Supersónico». ¿Dónde se amontonan los frentes de onda y cuándo oye algo el oyente por primera vez?
El modelo
Supuestos
- El aire está en calma y el oyente no se mueve, así que solo importa el movimiento de la fuente.
- La velocidad del sonido está fijada en 343 m/s, su valor en aire seco a 20 °C.
- El tiempo se ralentiza para que se puedan ver las ondas. Las frecuencias y el tono que oyes son los valores reales.
- La fuente empieza a emitir en t = 0, así que el oyente no oye nada hasta que llega el primer frente de onda.
Pruébalo en clase
- Q1Un tren hace sonar su silbato a 400 Hz mientras se aproxima a 40 m/s. ¿Qué frecuencia oye una persona en el andén?
- Q2¿Por qué el tono de un coche que pasa baja de repente si estás junto a la carretera, pero gradualmente si estás lejos?
- Q3¿El volumen o el tono te indican que un coche se acerca?
- Q4¿Por qué solo oyes el estampido sónico de un avión supersónico después de que haya pasado por encima?
- Q5Los médicos utilizan el efecto Doppler en las ecografías del flujo sanguíneo. ¿Qué miden?
Preguntas frecuentes
¿Cambia realmente la frecuencia de la fuente?
No. La fuente vibra siempre a la misma frecuencia. El oyente recibe las crestas con mayor o menor frecuencia porque la distancia que tiene que recorrer el sonido cambia constantemente.
¿Por qué la frecuencia cambia de forma gradual en vez de hacerlo de golpe?
Solo un oyente situado exactamente en la trayectoria de la fuente oye un salto del valor alto al bajo. En cualquier otro lugar, el ángulo con respecto a la fuente cambia gradualmente, por lo que la frecuencia pasa de alta a baja a medida que la fuente pasa.
¿Qué ocurre exactamente a la velocidad del sonido?
Todos los frentes de onda que están delante de la fuente se amontonan justo en ella. La fórmula para la dirección recta hacia delante da una frecuencia infinita, lo que indica la presencia de una onda de choque.
¿Es este el mismo efecto que el corrimiento al rojo de las galaxias?
Está relacionado. La luz de las galaxias que se alejan de nosotros se desplaza hacia longitudes de onda más largas. Sin embargo, para la luz, la fórmula exacta se obtiene de la relatividad y, a gran escala, el desplazamiento se debe principalmente a la expansión del espacio.