Ángel Zamora Ramírez
Licenciado en Física

El Efecto Doppler es un fenómeno que ocurre con ondas de cualquier naturaleza cuando existe un movimiento relativo entre la fuente de dichas ondas y un observador. Este movimiento relativo hace que la frecuencia (y longitud de onda) percibida por el observador sea distinta a la emitida por la fuente.

Quizá la mayoría de nosotros hemos experimentado lo siguiente: Estamos parados en la calle cuando de repente una ambulancia con la sirena prendida se acerca hacia nosotros. Conforme la ambulancia se va acercando podemos percatarnos que el sonido de la sirena se vuelve más agudo. Una vez que la ambulancia pasa por nuestra posición y se aaleja podemos escuchar cómo el sonido de la sirena se vuelve más grave. Esto es un claro ejemplo del Efecto Doppler en acción.

Ejemplos de aplicación del Efecto Doppler

El Efecto Doppler tiene aplicaciones en varias disciplinas y existen algunas tecnologías que se aprovechan de este fenómeno. En Astronomía se aprovecha el Efecto Doppler que experimenta la luz emitida por galaxias lejanas cuando estas se alejan de nosotros. Este fenómeno llamado “Corrimiento al Rojo” ha ayudado a los astrónomos a calcular la velocidad a la que se alejan las galaxias, el tamaño del Universo y la velocidad a la que este se está expandiendo.

En Medicina se utiliza una técnica llamada “Ecografía Doppler” para evaluar el flujo sanguíneo en el corazón. En esta técnica se hace uso de ondas de ultrasonido y al medir el Efecto Doppler que experimentan cuando interactúan con sangre moviéndose a través de las cavidades del corazón pueden determinar la velocidad a la que esta se mueve y su tasa de flujo. De esta manera se pueden diagnosticar problemas cardíacos.

En Sismología el Efecto Doppler es de importancia ya que a través de él se puede calcular la velocidad a la que se propagan las ondas sísmicas a lo largo de la Tierra lo cual nos brinda información sobre su estructura interna. Además, el Efecto Doppler también forma una parte fundamental de los radares y de detectores meteorológicos que detectan cambios en la velocidad y dirección del viento.

La Física explica cómo funciona el Efecto Doppler

Como mencionamos, el Efecto Doppler ocurre cuando existe un movimiento relativo entre una fuente emisora de ondas y un observador. Por simplicidad vamos a considerar un caso en el que el observador se encuentra en reposo y la fuente emisora de ondas se acerca hacia él con una velocidad constante \(v_s\).

Sea \(f\prime\) la frecuencia de las ondas percibida por el observador, esta estará dada por:

\(f^\prime=\frac{v_w}{\lambda^\prime}\)

Donde \(v_w\) es la velocidad de propagación de la onda y \lambda\prime es la longitud de onda medida por el observador. La longitud de onda \(\lambda\prime\) percibida por el observador en este caso se acorta son respecto a la longitud de onda emitida \lambda debido a que la fuente se está acercando. Esta diferencia entre ambas longitudes de onda la vamos a denotar como \(\Delta\lambda=\lambda-\lambda\prime\).

La diferencia entre ambas longitudes de onda va a estar determinada únicamente por la velocidad a la que se mueve la fuente y será igual a la distancia que recorre la fuente en el tiempo que transcurre entre una cresta y otra, es decir, el periodo T. Como la distancia es velocidad por tiempo, entonces, la diferencia entre ambas longitudes de onda será \(\Delta\lambda=v_sT\). Por lo tanto, tenemos que:

\(\lambda^\prime=\lambda-v_sT\)

Reemplazando esto en la ecuación anterior nos lleva a:

\(f^\prime=\frac{v_w}{\lambda-v_sT}\)

Ahora bien, la longitud de onda original \lambda la podemos expresar en términos de la velocidad de propagación de la onda v_w tal que \lambda=v_wT. Tomando en cuenta esto la expresión anterior la podemos reescribir como:

\(f^\prime=\frac{v_w}{{(v}_w-v_s)T}\)

La frecuencia es la inversa del periodo, es decir que \(T={1}/{f}\). Sustituyendo esto en la ecuación anterior obtenemos finalmente:

\(f^\prime=\left(\frac{v_w}{v_w-v_s}\right)f\)
(fuente acercándose al observador)

Podemos darnos cuenta que si \(v_s\neq0\) entonces \({v_w}/{\left(v_w-v_s\right)>1}\), por lo tanto, \(f^\prime>f\). Es decir, la frecuencia percibida por el observador es mayor que la frecuencia emitida. Esta es la razón por la que, en el ejemplo anterior de la ambulancia, el sonido de la sirena se escucha más agudo cuando se acerca hacia nosotros.

Si tuviéramos un caso contrario en el que la fuente se aleja del observador bastaría con cambiar el signo de la velocidad de la fuente en la ecuación anterior con la cuál obtendríamos:

\(f^\prime=\left(\frac{v_w}{v_w+v_s}\right)f\)
(fuente alejándose del observador)

En este caso se tiene que \({v_w}/{\left(v_w+v_s\right)<1}\) por lo que \(f^\prime(caso general)

Los signos que se elijan van a depender de las direcciones en las que se mueven tanto la fuente como el observador.

Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Maestro en Ciencias en Ingeniería y Física Biomédicas egresado del CINVESTAV. Amante de la divulgación científica.

Trabajo publicado en: Feb., 2024.

Datos para citar en modelo APA: Zamora Ramírez, A. (febrero, 2024). Importancia del Efecto Doppler. Significado.com. Desde https://significado.com/im-efecto-doppler/