Efeito Doppler

Este efeito é descrito como uma característica observada em ondas emitidas ou refletidas por fontes em movimento relativo ao observador. O efeito foi descrito teoricamente pela primeira vez em 1842 por Johann Christian Andreas Doppler, recebendo o nome Efeito Doppler em sua homenagem.

Para ondas sonoras, o efeito Doppler constitui o fenômeno pelo qual um observador percebe frequências diferentes das emitidas por uma fonte e acontece devido à velocidade relativa entre o a onda sonora e o movimento relativo entre o observador e/ou a fonte.

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Considerando:

Podemos determinar uma fórmula geral para calcular a frequência percebida pelo observador, ou seja, a frequência aparente.

Supondo que o observador esteja em repouso e a fonte se movimente:

Para o caso onde a fonte se aproxima do observador, há um encurtamento do comprimento da onda, relacionado à velocidade relativa, e a frequência real será menor que a observada, ou seja:

Mas, como a fonte se movimenta, sua velocidade também deve ser considerada, de modo que:

Substituindo λ no cálculo da frequência observada:

Ou seja:

Para o caso onde a fonte se afasta do observador, há um alongamento aparente do comprimento de onda, nesta situação a dedução do cálculo da frequência observada será análoga ao caso anterior.

No entanto:

Então:

Podemos escrever uma fórmula geral para os casos onde a fonte se desloque e o observador fique parado, se utilizarmos:

Sendo o sinal negativo utilizado no caso onde a fonte se aproxima e positivo no caso em que a fonte se afasta.

- http://www.sofisica.com.br/conteudos/Ondulatoria/Acustica/doppler.php

OBS: A atribuição dos sinais é feita da seguinte maneira: quando o observador se move em relação ao solo em direção a fonte, adota-se o sinal positivo no primeiro membro da equação, quando ele se move na direção oposta, adota-se o sinal negativo. De maneira similar, quando a fonte se move em relação ao solo em direção ao observador adota-se o sinal negativo no segundo membro da equação, quando ela se move na direção oposta adota-se o sinal positivo.

Exemplo: A figura abaixo representa uma ambulâncias com a sirene ligada (fonte sonora) e que se move em sentido oposto ao do ciclista em movimento (onde está o observador).

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O nome efeito Doppler é uma referência ao físico austríaco Christian Johann Doppler, que o estudou e descreveu. Ele escreveu um artigo onde afirma que a frequência do som percebida por um observador depende do movimento relativo entre a fonte emissora do som e o observador. Esse fenômeno pode ser escrito da seguinte forma:

O efeito Doppler é a alteração da frequência sonora percebida pelo observador em virtude do movimento relativo de aproximação ou afastamento entre a fonte e o observador.

Um exemplo típico do efeito Doppler é o caso de uma ambulância com a sirene ligada quando ela se aproxima ou se afasta de um observador. Quando ela se aproxima do observador o som é mais agudo e quando ele se afasta o som é mais grave. Esse é um fenômeno característico de qualquer propagação ondulatória, e ele é muito mais presente no cotidiano do que pensamos.

O Efeito Doppler é utilizado para medir a velocidade de objetos através de ondas que são emitidas por aparelhos baseados em radiofrequência ou lasers como, por exemplo, os radares. Na astronomia esse fenômeno é utilizado para medir a velocidade relativa das estrelas e outros objetos celestes em relação ao planeta Terra. E na medicina o efeito Doppler é utilizado nos exames de ecocardiograma para medir a direção e a velocidade do fluxo sanguíneo ou do tecido cardíaco.

O efeito Doppler não ocorre somente com o som. Como foi dito, esse fenômeno é característico de propagações ondulatórias, ou seja, é possível observar esse fenômeno com qualquer tipo de onda. Dessa forma, podemos observar o efeito Doppler com a luz, que também é uma onda. Para esse caso, o fenômeno do efeito Doppler se manifesta na mudança de cor que é percebida pelo observador, uma pessoa, por exemplo, que se aproxima de um sinal de trânsito que está vermelho, percebe a coloração vermelha mais intensa se ela estiver parada, pois a frequência de onda luminosa é maior do que quando a pessoa está em movimento.

- http://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-efeito-doppler.htm

Mas, Doppler cometeu um engano em seu artigo que tinha como título Sobre a Luz Colorida das Estrelas Duplas. Pelo título você já pode ver que Doppler pensava que a cor das estrelas era devida ao deslocamento delas em relação ao observador. Por exemplo, uma estrela que se afastasse de nós deveria ser avermelhada pois a luz emitida por ela seria deslocada para menores frequências (lado vermelho do espectro visível).

Na verdade, isto não se dá por dois motivos. Primeiro, o espectro da luz de uma estrela, isto é, a faixa de frequências da luz que ela emite, se estende muito além da faixa visível. Logo, mesmo que esse espectro fosse deslocado, a luz ultravioleta emitida pela estrela seria deslocada para a faixa visível, ocupando o lugar da faixa azul que se deslocou na direção de menores frequências. No fim, a luz visível emitida continuaria tendo componentes de todas as cores e seria ainda branca.

Além disso, para haver um deslocamento apreciável no espectro a velocidade relativa da estrela deveria ser muito grande, próxima da velocidade da luz. As estrelas a que Doppler se referiu em seu artigo não possuem, nem perto, velocidades tão grandes.

Assim mesmo, Doppler estava correto em supor que há um deslocamento do espectro. Hoje se sabe que galáxias distantes estão se afastando com tremendas velocidades e, por causa do efeito Doppler, o espectro da luz que elas enviam e chega até nós é deslocado para frequências mais baixas. É o que se chama deslocamento para o vermelho. Quem primeiro observou isso foi o astrofísico americano Edwin Hubble em 1929. Surgiu daí a ideia de que o universo está se expandindo. Mas, essa já é outra história que comentamos na próxima seção.

- http://www.seara.ufc.br/tintim/fisica/doppler/tintim1-3.htm

Efeito Doppler para Luz

A luz também é uma onda. Diferente do som ela atravessa perfeitamente o vácuo. Aqui o efeito Doppler, também funciona.

As ondas luminosos as também podem sofrer o efeito Doppler. Entretanto como a velocidade da Luz é muito elevada, ele só é perceptível se a fonte for extremamente veloz.

Quando a Fonte está se afastando, a luz recebida por nós tem frequência aparente menor que a frequência real emitida. Dizemos, então que houve um desvio para o vermelho (no espectro visível a luz vermelha é a de menor frequência)

Caso a fonte esteja se aproximando, recebemos a luz cuja a frequência aparente é maior que a frequência real emitida, tendo havido então desvio para o azul (no espectro visível a luz violeta é a de maior frequência)