Explorando el Efecto Doppler y las Ondas de Choque: Fundamentos y Aplicaciones Físicas

Fenómenos Asociados a las Ondas Sonoras

Efecto Doppler

El Efecto Doppler es un fenómeno ondulatorio que se produce cuando existe un movimiento relativo entre un foco emisor (fuente) y un observador (receptor). La frecuencia percibida por el observador es distinta de la frecuencia emitida por la fuente productora de ondas.

El sonido de una ambulancia o el de un camión de bomberos se escucha más agudo cuando se acerca a nosotros que cuando están en reposo. De manera opuesta, cuando la ambulancia se aleja, se percibe un sonido más grave. Estos son ejemplos cotidianos donde la frecuencia del sonido percibido varía según el movimiento relativo entre el receptor y la fuente sonora.

Principios Fundamentales del Efecto Doppler

De manera general, podemos establecer dos principios clave:

• Si el receptor y el emisor se acercan, la frecuencia percibida aumenta (sonido más agudo).
• Si el receptor y el emisor se alejan, la frecuencia percibida disminuye (sonido más grave).

Cuando la fuente del sonido se acerca, los frentes de onda se comprimen y llegan al oído del observador con mayor frecuencia, resultando en un sonido más agudo. Por el contrario, cuando la fuente se aleja, llegan menos frentes de onda por segundo, y el sonido es más grave. Es importante notar que cuanto mayor es la velocidad de la fuente, mayor es el cambio (desplazamiento) en la frecuencia percibida.

Ondas de Choque

La mayoría de los aviones vuelan a velocidad subsónica. Cuando un objeto iguala la velocidad del sonido (Mach 1), los frentes de onda sucesivos coinciden, produciendo una gran resistencia al avance que provoca sacudidas: este fenómeno se conoce como atravesar la barrera del sonido.

Si el objeto vuela a velocidad supersónica (Mach > 1), se produce una onda de choque (también conocida como onda de Mach). La acción de esta onda en el aire genera una explosión sónica, incluso si el propio avión no está emitiendo sonido. Esta onda es también responsable del sonido característico de los misiles.

La explosión sónica disipa una gran cantidad de energía, la cual puede condensar la humedad presente en la atmósfera. Esto explica la presencia del cono blanco visible que mantiene la misma forma geométrica que el cono de Mach.

Aplicaciones del Efecto Doppler

Aunque el Efecto Doppler es más conocido en las ondas sonoras, es un fenómeno característico de todas las ondas en general (incluyendo las electromagnéticas). Sus aplicaciones son diversas e impactantes:

Áreas de Aplicación

• Medición de Velocidad Terrestre: Se utiliza en el radar para medir la velocidad de los automóviles y sancionar a aquellos que exceden el límite establecido.
• Navegación Marítima: Es la base del sonar utilizado en los barcos para detectar objetos submarinos.
• Astronomía (Corrimiento al Rojo): Permite medir la velocidad relativa de estrellas y galaxias. Al aplicar este efecto a las ondas luminosas y medir la disminución de la frecuencia (conocida como corrimiento hacia el rojo), los astrónomos pueden calcular la velocidad con la que una galaxia se aleja de nosotros.
• Medicina (Ultrasonidos): Al aplicar el efecto Doppler a los ultrasonidos, los médicos pueden observar y detectar en un monitor movimientos internos, como la actividad de las válvulas del corazón, el flujo sanguíneo y los latidos fetales.