Diferença na percepção da frequência de ondas
O efeito Doppler é o fenômeno que ocorre com as ondas emitidas ou refletidas por um objeto em movimento com relação ao observador. Esse efeito é decorrente da alteração da frequência ondulatória provocada pelo movimento relativo de aproximação ou afastamento entre a fonte de onda e o observador.
Ocorre quando há aproximação ou afastamento entre uma fonte de ondas e o observador. Isso ocorre pois a velocidade das ondas é influenciada pelo meio no qual elas se propagam. No efeito Doppler, a velocidade de propagação da onda não é alterada. No entanto, há uma variação no comprimento de onda e na frequência da onda captada pelo observador.
Assim, a percepção de frequência observada no efeito Doppler é relativa, portanto, é diferente da frequência de emissão da onda. O fenômeno é utilizado para medir a velocidade de objetos por meio de ondas que são emitidas por aparelhos baseados em radiofrequência ou lasers.
História do efeito Doppler
A teoria do efeito Doppler foi descrita pelo físico austríaco Christian Johann Christian Andreas Doppler, em 1842, e recebeu esse nome em sua homenagem. Na época, Andreas Doppler afirmou que a frequência do som percebida por um observador dependia do movimento relativo entre o observador e a fonte emissora do som.
A primeira comprovação do efeito Dopller só veio três anos depois, em 1845, com uma experiência do cientista Buys Ballot, em que uma locomotiva puxava um vagão com vários trompetistas.
Pouco mais tarde, o francês Hippolyte Fizeau descobriu, de maneira independente, o efeito Doppler nas ondas eletromagnéticas. Nesse caso, o fenômeno é denominado efeito Doppler Relativístico, pois quando se trata de ondas eletromagnéticas, a frequência aparente das ondas depende apenas da velocidade relativa da fonte de ondas e do observador.
Fórmula da frequência aparente
A fórmula da frequência aparente é fórmula geral usada para calcular a frequência percebida pelo observador. Através dessa fórmula é possível perceber que a fonte de ondas e o observador se aproximam ou se afastam, indo diretamente na direção um do outro.
Dessa forma, à medida em que observador e fonte se aproximam, a frequência aparente da onda será maior do que a frequência real emitida. Ao se encontrarem, a frequência observada será igualada à frequência emitida e, quando se afastarem, a frequência observada será menor do que frequência emitida.
A frequência aparente pode ser calculada através da fórmula a seguir:
Onde
fo = é a frequência que o observador recebe
ff = é a frequência emitida pela fonte
v = é a velocidade da onda no meio
vo = é a velocidade do observador em relação ao meio (positiva ao se aproximar da fonte, negativa ao se afastar)
vf = é a velocidade da fonte em relação ao meio (positiva ao se afastar, negativa ao se aproximar do observador)
O efeito Doppler nos diferentes tipos de ondas
O efeito Doppler ocorre tanto em ondas mecânicas quanto em ondas eletromagnéticas. Esse efeito é claramente percebido nas ondas sonoras, nas quais um observador percebe frequências diferentes das frequências reais emitidas por uma fonte de ondas.
A mudança de percepção ocorre devido à relativa velocidade das ondas de som e o movimento relativo entre o observador e a fonte de ondas. Assim, quando um carro de som passa em alta velocidade, por exemplo, o observador percebe que o som fica mais agudo quando ele se aproxima e, à medida que se afasta, o som fica mais grave.
A representação gráfica mostra um aumento na frequência no espectro visível da luz. (Foto: Wikipédia)
Nas ondas eletromagnéticas, o efeito Doppler se manifesta através da mudança de cor da luz percebida pelo observador. Chamado de efeito Doppler Relativístico, ele pode ser percebido quando a fonte e o observador se afastam ou se aproximam com grande velocidade.
Dessa forma, quando observador e fonte se afastam ou se aproximam com velocidade, o espectro da luz recebida apresenta um desvio para o vermelho ou para o violeta, respectivamente. Já quando fonte e observador se encontram, a coloração vermelha fica mais intensa.
Esse fenômeno acontece, pois a frequência de onda luminosa é maior quando o observador está parado do que quando encontra-se em movimento.
Como ocorre o efeito Doppler
Embora seja facilmente percebido nos fenômenos relacionados à acústica, o efeito Doppler pode ocorrer com qualquer tipo de onda. Dessa forma, ele está presente tanto em ondas mecânicas (som) quanto em ondas eletromagnéticas (luz).
O efeito Doppler ocorre com a mudança relativa na frequência das ondas, que acontece quando a fonte de ondas se move na direção do observador. Isso faz com que a emissão de cada crista de onda ocorra de uma posição mais próxima do observador do que a última, aumentando a sua frequência aparente.
Por outro, quando a fonte de ondas se afasta do observador, cada onda leva mais de tempo para alcançar o observador do que a última e, consequentemente, a frequência com que essas ondas atingem o observador diminui.
Aplicações no dia a dia
O efeito Doppler é encontrado em qualquer propagação ondulatória, portanto está presente no cotidiano, sendo bastante útil para a Astronomia e para a Medicina, por exemplo.
Os conhecimentos referentes a esse fenômeno permitem medir a velocidade relativa das estrelas e de outros corpos celestes em relação ao planeta Terra. Na medicina, o efeito Doppler possibilita a realização do exame de ecocardiograma, capaz de medir a direção e a velocidade do fluxo sanguíneo ou do tecido cardíaco.
O efeito Doppler é capaz ainda de medir a velocidade de objetos, como automóveis e aviões, por meio de reflexão de ondas emitidas pelo próprio equipamento como radares baseados em radiofrequência ou lasers que utilizam frequências luminosas.