Introducción al efecto Doppler

lo que vamos a hacer en este vídeo es tener dos fuentes de sonido dos fuentes de ondas una de ellas va a ser estacionaria y la otra de ella se va a estar moviendo hacia la derecha a digamos solo para tener un número concreto cinco metros sobre segundos hacia la derecha y en lo que vamos a pensar es en dónde se encuentran las crestas de las ondas que este objeto ha estado emitiendo por los últimos cinco segundos recuerden que este objeto se está moviendo a cinco metros sobre segundo hacia la derecha y digamos que la velocidad de la onda de ambos objetos que están emitiendo ondas digamos que su velocidad es de 10 metros sobre segundos y bueno puedes visualizar estas ondas como ondas de sonido aunque las ondas del sonido viajan muchísimo más rápido que 10 metros sobre segundo pero pues esta cantidad es buena para que visualicemos bien lo que está pasando sobre todo porque este objeto está viajando a 5 metros sobre segundos hacia la derecha y él es que todo quede más simple e intuitivo y que no nos hagamos bolas con las cuentas entonces estos objetos se están emitiendo ondas a una velocidad de 10 metros sobre segundo y estas sondas van a tener un periodo de un segundo por ciclo ok ambas sondas tienen una velocidad de 10 metros sobre segundo y la onda en sí tiene un periodo de un segundo por ciclo o sea se tarda un segundo en completar un ciclo y para obtener la frecuencia lo que tenemos que hacer como la frecuencia es 1 entre el periodo pues entonces tenemos 1 entre 1 que sigue siendo 1 ciclos por segundo esta es la frecuencia entonces como la onda se tarda un segundo en completar un ciclo pues tienen todo el sentido del mundo que haga un ciclo cada segundo y ahora pensemos qué es lo que está pasando con este objeto que emite las ondas y qué es un objeto estacionario o sea que no se está moviendo en su lugar a diferencia de este que se traslada hacia la derecha da cinco metros sobre segundo supongamos que este objeto emitió una cresta de la onda hace un segundo entonces por aquí va a estar la cresta de la onda que emitió este objeto hace un segundo pero que hay de la cresta de la onda que emitió este objeto hace un segundo pues uno claro que podría querer dibujar también un radio alrededor de este objeto un radio de 10 metros de distancia pero ahí no es donde va a estar la cresta de la onda porque este objeto no está aquí hace un segundo este objeto se movió hacia la derecha 5 metros en el último segundo entonces antes hace un segundo se encontraba como por acá cinco metros de distancia y entonces ahora sí podemos dibujar un radio de 10 metros alrededor de la posición que tenía nuestro objeto hace un segundo y justo aquí es donde está la cresta de la onda que emitió este objeto que se mueve hace un segundo o se ha constado por aquí bueno ahora continuemos donde está la cresta de la onda que emitió este objeto hace dos segundos pues como la onda viaja a 10 metros sobre segundo si nos fijamos en la cresta quemando este objeto hace 2 segundos pues se encuentra a 20 metros de distancia no sea se encuentra más o menos por acá y todo porque este objeto es estacionario o sea se queda en su lugar y nosotros nada más estamos dibujando la cresta de la onda ok es como si tiran una piedra en el lago y ven cómo se forman las olas en el lago estamos dibujando el pico de la ola y bueno regresemos con este otro objeto pues resulta que hace dos segundos no se encontraba aquí sino que se encontraba por acá se trasladó 5 metros el primer segundo y otros 5 metros el segundo segundo y para dibujar la onda que emitió el objeto que se mueve hace dos segundos creo que es muchísimo mejor copiar la onda del objeto estacionario y moverla ok ya la copié ahora vamos a moverla entonces la onda fue emitida en este punto y viajó hacia todos lados a una velocidad de 10 metros sobre segundos durante dos segundos osea viajó 20 metros y partió de aquí o sea tenemos un círculo alrededor de este punto de 20 metros de radio a ver vamos a hacerlo otra vez en donde se encuentra la cresta de la onda que emitieron estos objetos hace tres segundos pues como éste se queda estacionario y son tres segundos entonces la onda ha viajado 30 metros en todas las direcciones a partir de este punto o sea que se encuentra más o menos por acá vamos a copiar esta onda y vamos a moverla a su posición donde está entonces aquí es donde tiene que estar el objeto cresta de la onda fue emitida desde aquí y ha viajado 30 metros y ahora podemos preguntarnos acerca de cómo perciben la frecuencia de estas ondas algunos observadores por ejemplo podemos poner un observador por aquí también podemos poner un observador por acá o por acá bueno podemos poner observadores donde queramos pero estos son puntos interesantes bueno de hecho este no tanto porque cualquier observador percibiendo las ondas que manda este objeto estacionario va a observar exactamente lo mismo que éste porque si se fijan estas ondas son todas muy simétricas y se ven igual desde cualquier posición a diferencia de estas ondas pero regresamos a ellas en un momento a ver este observador lo que está percibiendo es un pulso cada segundo ok porque este objeto está emitiendo cada segundo un pulso y no se está moviendo entonces entre una cresta y la otra o sea la pregunta es cuál es la longitud de onda pues esta longitud de onda es de 10 metros y lo mismo para acá y para acá entonces la longitud de onda son 10 metros y este observador percibe un pulso cada segundo ahora en este caso donde el objeto se está moviendo hacia la derecha pues depende de que el lado del objeto estés si estás del lado al cual se está acercando el objeto pues lo que tienes es que el objeto empieza en esta posición hace tres segundos y emite una onda que va a llegar a ti y después se mueve cinco metros a la derecha de tal forma que cuando emite la segunda cresta estas cinco metros más cerca de ti entonces la distancia entre la primera cresta y la segunda cresta en lugar de ser de 10 metros como en el caso estacionario pues ahora sólo va a ser de 5 metros y lo mismo pasa entre la cresta que emitió el objeto hace 2 segundos y la cresta que emitió hace un segundo la longitud de onda va a ser sólo de 5 metros y lo puedes ver visualmente o sea estas distancias si son como de la mitad del tamaño de estas distancias de hecho por eso dibujé esto así para que se viera claramente y si estás del lado izquierdo osea que el objeto que manda las ondas las crestas se está alejando de ti entonces tú vas a percibir que las crestas no están a 10 metros una de otra porque están a los 10 metros que estaban originalmente más los 5 metros que se mueve el objeto cada segundo o sea entre una cresta y la otra tú vas a ver que hay 15 metros 15 metros 10 metros causados por la velocidad de propagación de la onda y 5 metros causados por el desplazamiento del objeto porque la onda se empezó a propagar 5 metros hacia la derecha 5 metros más lejos del observador cada segundo bueno ahora preguntémonos acerca de las frecuencias qué tipo de frecuencia va a estar observando esta persona pues esta persona va a estar observando una cresta cada segundo porque la longitud de onda entre una cresta y la otra es de 10 metros y la onda viaja a 10 metros por segundo entonces este observador va a creer que hay una frecuencia de un ciclo por segundo o sea una frecuencia de un hertz la frecuencia observada por este observador y nos vamos a quedar en la física clásica no nos vamos a meter con la teoría de la relatividad pero este observador está observando la misma frecuencia que fue emitida por este objeto y eso tiene todo el sentido del mundo porque este objeto está en una posición estacionaria con respecto al medio a través del cual se propaga esta onda y en este caso pues la cosa cambia vamos a ver las ondas que van a llegarle a este observador están separadas por 5 metros pero la onda viaja a una velocidad de 10 metros sobre segundo entonces ya que está observando esta onda se va a tardar medio segundo en empezar a observar esta onda bueno esta cresta de la onda y luego se va a tardar otro medio segundo en observar a esta cresta de la onda entonces en un segundo va a observar dos crestas y pues aquí hay dos formas de verlo podemos el periodo o la frecuencia la frecuencia es cuántos ciclos observas por segundo y como ya vimos se tarda medio segundo en observar el primer ciclo todo este ciclo y luego otro medio segundo en observar el segundo ciclo o sea que observa dos ciclos enteros en un segundo entonces tiene una frecuencia de dos ciclos por segundo y entonces como el periodo es uno entre la frecuencia pues ya tenemos que el periodo es un medio segundos por el ciclo pero pudimos haberlo hecho al revés pudimos haber dicho ok cuál es el periodo se tarda medio segundo en observar un ciclo y entonces decíamos ok el periodo es un medio segundos por ciclo y entonces la frecuencia como es 1 entre el periodo pues entonces tiene que ser dos ciclos por segundo y mira cómo este observador está percibiendo una frecuencia más grande que este observador o sea de hecho es una frecuencia del doble del tamaño y esto se debe a que la fuente que está emitiendo la onda se está moviendo hacia este observador y aquí nada más se queda la fuente muy tranquila y estacionaria este observador va a percibir es exactamente el efecto contrario la frecuencia con la que éste percibe la onda va a ser más chica que este este observador va a percibir lo contrario a ver cuánto se tarda en percibir todo este ciclo no tenemos que aquí la longitud de onda es de 15 metros a diferencia de aquí queda de 5 metros y 10 metros entonces para que el final del ciclo llegue hasta esta persona como la onda lleva una velocidad de 10 metros por segundo entonces la onda se va a tardar 1.5 segundos en hacer que toda esta parte de la onda que es un ciclo pase por este observador entonces tenemos un periodo de 1.5 segundos por ciclo y ya que tenemos el periodo que es cuánto se tarda este observador en percibir todo un ciclo entonces podemos calcular la frecuencia y la frecuencia es de 1 entre el periodo o sea dos tercios entonces cuando la fuente que está emitiendo la onda se aleja del observador lo que obtenemos es una frecuencia que es más chica que la frecuencia con la cual el objeto emitió la onda y por otro lado cuando la fuente que emitió la onda se acerca si el observador lo que éste percibe es que la frecuencia es más grande que la frecuencia con la cual se emitió la onda lo cual suena muy extraño pero tú ya lo has percibido muchas veces este efecto de que la frecuencia cambia dependiendo de hacia dónde se está moviendo la fuente que está emitiendo la onda se llama el efecto doppler y lo más probable es que ya hayas escuchado hablar de él por ejemplo cuando están en una estación de metro o de un tren especialmente con los trenes y también pasa con las ambulancias cuando la ambulancia se está acercando hacia ti y está con sus sirenas sonando las sirenas suena muy aguda y justo cuando la ambulancia pasa en frente de ti y se empieza a alejar en el sentido contrario lo cual sucede mucho más con los trenes y con los metros que pasan justo enfrente de ti pero cuando se empiezan a alejar entonces la sirena empieza a sonar grave o bueno al menos más grave de lo que sonaba cuando la sirena se estaba acercando hacia ti y eso de si suena grave o agudo es nada más la forma en la que tu cerebro interpreta la frecuencia de las ondas si tienes un sonido que tiene una frecuencia más alta este sonido te va a sonar más agudo que el otro y si tienes un sonido que tiene una frecuencia baja entonces ese sonido pasó nada grave y la verdad espero que dibujando lo de esta forma te dé una buena idea de por qué pasa eso de por qué el movimiento de la fuente afecta a la frecuencia con la que el observador percibe la onda en el próximo vídeo vamos a hacer todo esto con números más abstractos para sacar una fórmula precisa que relaciona la frecuencia con la que la fuente en movimiento emite la onda con la frecuencia que el observador percibe