imported>Jolielegal m (Foram revertidas as edições de 189.59.102.170 para a última revisão de Hume42, de 22h17min de 23 de novembro de 2016 (UTC)) |
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Este efeito é percebido, por exemplo, ao se escutar o [[som]] - que é uma [[onda mecânica]] - emitido por uma ambulância que passa em alta velocidade. O observador percebe que o [[tom]], em relação ao emitido, fica mais [[agudo (som)|agudo]] enquanto ela se aproxima, idêntico no momento da passagem e mais [[grave]] quando a ambulância começa a se afastar. Graças também ao conhecimento deste efeito é possível determinar a [[velocidade]] de [[estrela]]s e [[galáxia]]s, uma vez que a [[luz]] é uma [[onda eletromagnética]].<ref name=perelmann/> | Este efeito é percebido, por exemplo, ao se escutar o [[som]] - que é uma [[onda mecânica]] - emitido por uma ambulância que passa em alta velocidade. O observador percebe que o [[tom]], em relação ao emitido, fica mais [[agudo (som)|agudo]] enquanto ela se aproxima, idêntico no momento da passagem e mais [[grave]] quando a ambulância começa a se afastar. Graças também ao conhecimento deste efeito é possível determinar a [[velocidade]] de [[estrela]]s e [[galáxia]]s, uma vez que a [[luz]] é uma [[onda eletromagnética]].<ref name=perelmann/> | ||
Nas ondas eletromagnéticas, este fenômeno foi descoberto de maneira independente, em [[1848]], pelo francês [[Hippolyte Fizeau]]. Por este motivo, o efeito Doppler também é chamado ''efeito Doppler-Fizeau''.<ref>{{citar periódico | ultimo = Houdas | Nas ondas eletromagnéticas, este fenômeno foi descoberto de maneira independente, em [[1848]], pelo francês [[Hippolyte Fizeau]]. Por este motivo, o efeito Doppler também é chamado ''efeito Doppler-Fizeau''.<ref>{{citar periódico | ultimo = Houdas | ||
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== Características == | == Características == | ||
[[ | [[Imagem:Dopplereffectstationary.gif|thumb|Fontes de som estáticas produzem ondas de som a frequências constantes {{math|''f<sub>f</sub>''}} e as ondas se propagam simetricamente para longe da fonte à velocidade constante c. Todos os observadores vão ouvir a mesma frequência, que vai ser igual à frequência da fonte, ou seja: {{math|''f<sub>f</sub>'' {{=}} ''f<sub>o</sub>''}}.]] | ||
[[File:Dopplereffectsourcemovingrightatmach0.7.gif|thumb| A mesma fonte de som está irradiando ondas sonoras à mesma frequência no mesmo meio. Porém, agora a fonte está se movendo com uma velocidade {{math|''v<sub>f</sub>'' {{=}} ''0,7c''}} (Mach 0,7). Já que a fonte está se movendo, cada nova [[frente de onda]] é um pouco deslocada para a direita. Como resultado, as frentes de onda começam a se "amontoar" à direita (à frente) e a se "espalhar" à esquerda (atrás) da fonte. Um observador à frente da fonte irá ouvir uma frequência mais alta {{math|''f<sub>o</sub>''{{=}} {{frac|''c'' + 0|''c'' - ''0.7c''}}''f<sub>f</sub>''{{=}} 3.33''f<sub>f</sub>''}} e um observador atrás da fonte irá ouvir uma frequência mais baixa {{math|''f<sub>o</sub>''{{=}} {{frac|''c'' - 0|''c'' + ''0.7c''}}''f<sub>f</sub>''{{=}} 0.59 ''f<sub>f</sub>''}}.]] | [[File:Dopplereffectsourcemovingrightatmach0.7.gif|thumb| A mesma fonte de som está irradiando ondas sonoras à mesma frequência no mesmo meio. Porém, agora a fonte está se movendo com uma velocidade {{math|''v<sub>f</sub>'' {{=}} ''0,7c''}} (Mach 0,7). Já que a fonte está se movendo, cada nova [[frente de onda]] é um pouco deslocada para a direita. Como resultado, as frentes de onda começam a se "amontoar" à direita (à frente) e a se "espalhar" à esquerda (atrás) da fonte. Um observador à frente da fonte irá ouvir uma frequência mais alta {{math|''f<sub>o</sub>''{{=}} {{frac|''c'' + 0|''c'' - ''0.7c''}}''f<sub>f</sub>''{{=}} 3.33''f<sub>f</sub>''}} e um observador atrás da fonte irá ouvir uma frequência mais baixa {{math|''f<sub>o</sub>''{{=}} {{frac|''c'' - 0|''c'' + ''0.7c''}}''f<sub>f</sub>''{{=}} 0.59 ''f<sub>f</sub>''}}.]] | ||
[[ | [[Imagem:Dopplereffectsourcemovingrightatmach1.0.gif|thumb|Agora a fonte está se movendo na velocidade do som no meio ({{math|''v<sub>f</sub>'' {{=}} ''c''}}, ou Mach 1). As ondas à frente da fonte estão agora todas "empilhadas" no mesmo ponto. Como resultado, um observador à frente da fonte não vai detectar som algum até que a fonte o alcance, onde {{math|''f<sub>o</sub>'' {{=}} {{frac|''c'' + 0|''c'' - ''c''}} ''f<sub>f</sub>'' {{=}} ∞ }} e um observador atrás da fonte vai ouvir uma frequência mais baixa {{math|''f<sub>o</sub>'' {{=}} {{frac|''c'' - 0|''c'' + ''c''}} ''f<sub>f</sub>'' {{=}} 0.5 ''f<sub>f</sub>''}}. ]] | ||
[[ | [[Imagem:Dopplereffectsourcemovingrightatmach1.4.gif|thumb|A fonte de som agora quebrou a barreira da velocidade do som, e está viajando a 1,4 ''c'' (Mach 1,4). Já que a fonte está se movendo mais rápido do que as ondas de som que cria, ela vai à frente das ondas mais avançadas. A fonte passa por um observador estático antes que o observador escute o som. Como resultado, um observador à frente da fonte vai detectar {{math|''f<sub>o</sub>''{{=}} {{frac|''c'' + 0|''c'' - 1.4''c''}} ''f<sub>f</sub>''{{=}} -2.5 ''f<sub>f</sub>''}} e um observador atrás da fonte vai ouvir uma frequência mais baixa {{math|''f<sub>o</sub>''{{=}} {{frac|''c'' - 0|''c'' + 1.4''c''}} ''f<sub>f</sub>''{{=}} 0.42 ''f<sub>f</sub>''}}. ]] | ||
No Efeito Doppler ocorre a percepção de uma frequência relativa, que é diferente da frequência de emissão da onda. Consideremos o '''Efeito Doppler Clássico''', denominado dessa forma em contraste com o relativístico, que envolve [[Radiação eletromagnética|ondas eletromagnéticas]]. | No Efeito Doppler ocorre a percepção de uma frequência relativa, que é diferente da frequência de emissão da onda. Consideremos o '''Efeito Doppler Clássico''', denominado dessa forma em contraste com o relativístico, que envolve [[Radiação eletromagnética|ondas eletromagnéticas]]. | ||
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Podemos determinar a frequência observada por:<ref name=hallidayv2/> | Podemos determinar a frequência observada por:<ref name=hallidayv2/> | ||
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A fórmula acima assume que a fonte e o observador se aproximam, ou se afastam, indo diretamente na direção um do outro. Se eles se aproximam em ângulo (mas ainda com velocidade constante), a frequência observada vai ser maior do que a emitida, mas vai diminuir conforme se aproximam, chegando a ser igual à emitida quando se encontram e continua a diminuir à mesma taxa constante quando se afastam. Quando o observador está próximo ao trajeto da fonte, a mudança de frequência alta para baixa se da de forma abrupta. Já se ele está longe do trajeto, a mudança se dá de forma gradual. Por exemplo, se uma sirene se aproximasse do observador diretamente, o seu tom permaneceria constante até que ela atingisse o observador, e, então, pularia para um tom mais grave. Como a sirene passa pelo observador sem atingi-lo, a velocidade radial não permanece constante, mas varia em função do ângulo entre a reta que liga os dois e a velocidade da sirene:<ref name=encphysci>{{ | A fórmula acima assume que a fonte e o observador se aproximam, ou se afastam, indo diretamente na direção um do outro. Se eles se aproximam em ângulo (mas ainda com velocidade constante), a frequência observada vai ser maior do que a emitida, mas vai diminuir conforme se aproximam, chegando a ser igual à emitida quando se encontram e continua a diminuir à mesma taxa constante quando se afastam. Quando o observador está próximo ao trajeto da fonte, a mudança de frequência alta para baixa se da de forma abrupta. Já se ele está longe do trajeto, a mudança se dá de forma gradual. Por exemplo, se uma sirene se aproximasse do observador diretamente, o seu tom permaneceria constante até que ela atingisse o observador, e, então, pularia para um tom mais grave. Como a sirene passa pelo observador sem atingi-lo, a velocidade radial não permanece constante, mas varia em função do ângulo entre a reta que liga os dois e a velocidade da sirene:<ref name=encphysci>{{citar livro | ||
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* O efeito Doppler é de extrema importância em comunicações a partir de objetos em rápido movimento, como no caso dos [[Satélite artificial|satélites]]. | * O efeito Doppler é de extrema importância em comunicações a partir de objetos em rápido movimento, como no caso dos [[Satélite artificial|satélites]]. | ||
Um efeito interessante predito por Lord Rayleigh no seu livro clássico sobre o som: se a fonte está se movendo com o dobro da velocidade do som, uma música emitida por esta fonte seria ouvida no tom e compasso certos, mas ''de trás para a frente''.<ref>{{ | Um efeito interessante predito por Lord Rayleigh no seu livro clássico sobre o som: se a fonte está se movendo com o dobro da velocidade do som, uma música emitida por esta fonte seria ouvida no tom e compasso certos, mas ''de trás para a frente''.<ref>{{citar livro|último =Strutt (Lord Rayleigh)|primeiro =John William|título=The Theory of Sound|editor=MacMillan & Co|ano=1896|edição=2|volume=2|páginas=154|url=http://archive.org/stream/theorysound02raylgoog#page/n176/mode/2up}}</ref> | ||
=== Exemplo do efeito Doppler no som === | === Exemplo do efeito Doppler no som === |
Edição das 23h35min de 23 de julho de 2017
Som |
---|
Onda |
Amplitude |
Fase |
Frente de onda |
Frequência fundamental |
Harmônica |
Frequência |
Hertz |
Altura tonal |
Oitava |
Velocidade do som |
Efeito Doppler |
Efeito Doppler é um fenômeno físico observado nas ondas quando emitidas ou refletidas por um objeto que está em movimento com relação ao observador. Foi-lhe atribuído este nome em homenagem a Johann Christian Andreas Doppler, que o descreveu teoricamente pela primeira vez em 1842.[1] A primeira comprovação experimental foi obtida por Buys Ballot, em 1845, numa experiência em que uma locomotiva puxava um vagão com vários trompetistas.[1]
Este efeito é percebido, por exemplo, ao se escutar o som - que é uma onda mecânica - emitido por uma ambulância que passa em alta velocidade. O observador percebe que o tom, em relação ao emitido, fica mais agudo enquanto ela se aproxima, idêntico no momento da passagem e mais grave quando a ambulância começa a se afastar. Graças também ao conhecimento deste efeito é possível determinar a velocidade de estrelas e galáxias, uma vez que a luz é uma onda eletromagnética.[2]
Nas ondas eletromagnéticas, este fenômeno foi descoberto de maneira independente, em 1848, pelo francês Hippolyte Fizeau. Por este motivo, o efeito Doppler também é chamado efeito Doppler-Fizeau.[3]
Características
No Efeito Doppler ocorre a percepção de uma frequência relativa, que é diferente da frequência de emissão da onda. Consideremos o Efeito Doppler Clássico, denominado dessa forma em contraste com o relativístico, que envolve ondas eletromagnéticas.
Ondas emitidas por objetos estáticos se propagam em todas as direções de maneira uniforme. Seu comprimento de onda é :, sendo β uma constante que define o meio pelo qual a onda se propaga, chamada constante de fase.
A mudança relativa na frequência das ondas pode ser explicada desta maneira: Quando a fonte das ondas está se movendo na direção do observador, cada crista de onda sucessiva será emitida de uma posição mais próxima do observador do que a última. Portanto, cada onda leva um pouco menos de tempo para alcançar o observador do que a última, e assim, há um aumento na frequência com que estas ondas atingem o observador. Do mesmo modo, se a fonte se afasta do observador, cada onda é emitida de uma posição um pouco mais distante, fazendo com que o tempo entre as chegadas de duas ondas consecutivas aumenta, diminuindo sua frequência.
Para a luz, já no caso do Efeito Doppler Relativístico, este fenômeno é observável quando a fonte e o observador se afastam ou se aproximam com grande velocidade relativa. Neste caso, o espectro da luz recebida apresenta desvio para o vermelho (quando se afastam) e desvio para o violeta (quando se aproximam), costumamos observar este efeito em estrelas.[2]
Quantificando o efeito Doppler
Podemos determinar a frequência observada por:[1]
Onde:
- é a frequência que o observador recebe
- é a frequência emitida pela fonte
- é a velocidade da onda no meio
- é a velocidade do observador em relação ao meio (positiva ao se aproximar da fonte, negativa ao se afastar)
- é a velocidade da fonte em relação ao meio (positiva ao se afastar, negativa ao se aproximar do observador)
A fórmula acima assume que a fonte e o observador se aproximam, ou se afastam, indo diretamente na direção um do outro. Se eles se aproximam em ângulo (mas ainda com velocidade constante), a frequência observada vai ser maior do que a emitida, mas vai diminuir conforme se aproximam, chegando a ser igual à emitida quando se encontram e continua a diminuir à mesma taxa constante quando se afastam. Quando o observador está próximo ao trajeto da fonte, a mudança de frequência alta para baixa se da de forma abrupta. Já se ele está longe do trajeto, a mudança se dá de forma gradual. Por exemplo, se uma sirene se aproximasse do observador diretamente, o seu tom permaneceria constante até que ela atingisse o observador, e, então, pularia para um tom mais grave. Como a sirene passa pelo observador sem atingi-lo, a velocidade radial não permanece constante, mas varia em função do ângulo entre a reta que liga os dois e a velocidade da sirene:[4]
Se as velocicades e forem pequenas quando comparadas com a velocidade da onda, a relação entre e é aproximadamente[4]
Frequência observada | Alteração na frequência |
---|---|
- onde
- é a velocidade do receptor em relação à fonte: é positiva quando a fonte e o receptor estão se movendo na direção um do outro.
Aplicações
O efeito Doppler permite medir a velocidade de objetos através da reflexão de ondas emitidas pelo próprio equipamento de medida, que podem ser radares, baseados em radiofrequência, ou lasers, que utilizam frequências luminosas.
É muito utilizado para medir a velocidade de automóveis, aviões, bolas de tênis e qualquer outro objeto que cause reflexão, como, na Mecânica dos fluidos e na Hidráulica, partículas sólidas dentro de um fluido em escoamento.
Basicamente um radar detecta a posição e velocidade de um objeto transmitindo uma onda e observando o eco. Um radar de pulso emite uma rajada (Burst) curta de energia. Depois o receptor é ligado para “escutar” o eco. O transmissor do radar pode operar melhor se uma onda for emitida continuamente, desde que haja a possibilidade de separar o sinal transmitido do eco no receptor. O desvio de frequência resultante de objetos em movimento é conhecido como “Frequência de desvio Doppler” (FD).
Se há uma distância X entre o objeto e o radar, o número total de comprimentos de onda existentes entre o sinal do radar e do objeto é dado por . Já que uma onda corresponde a radianos, a excursão angular entre o caminho de ida e volta do objeto é . Para objetos em movimento a distância muda sempre, o que implica que também varia. Uma mudança de no tempo implica mudança de frequência. A frequência de desvio Doppler é a diferença entre a frequência da onda transmitida (Ft) e a frequência recebida no receptor (Fr):
- Em astronomia, permite a medida da velocidade relativa das estrelas e outros objetos celestes luminosos em relação à Terra. Estas medidas permitiram aos astrónomos concluir que o universo está em expansão, pois quanto maior a distância desses objetos, maior o desvio para o vermelho observado. O Efeito Doppler para ondas eletromagnéticas tem sido de grande uso em astronomia e resulta em desvio para o vermelho ou azul.
- Na medicina, um ecocardiograma utiliza este efeito para medir a direção e velocidade do fluxo sanguíneo ou do tecido cardíaco. O ultra-som Doppler é uma forma especial do ultra-som, útil na avaliação do fluxo sanguíneo do útero e vasos fetais. Pode ser mostrado de várias formas: com som audível, com espectro de cores dentro do vaso ou na forma de gráficos que permitem a mensuração na velocidade sanguínea nos tecidos normais.[5]
- O efeito Doppler é de extrema importância em comunicações a partir de objetos em rápido movimento, como no caso dos satélites.
Um efeito interessante predito por Lord Rayleigh no seu livro clássico sobre o som: se a fonte está se movendo com o dobro da velocidade do som, uma música emitida por esta fonte seria ouvida no tom e compasso certos, mas de trás para a frente.[6]
Exemplo do efeito Doppler no som
Ver também
Referências
- ↑ 1,0 1,1 1,2 HALLIDAY, R.;RESNICK,R.; WALKER, J.. Fundamentos de Física, Volume 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica. Rio de Janeiro: LTC, 2009
- ↑ 2,0 2,1 PERELMANN, J. Aprenda Física Brincando. São Paulo: HEMUS, 1970
- ↑ Houdas, Y. (abril de 1991). «[Doppler, Buys-Ballot, Fizeau. Historical note on the discovery of the Doppler's effect]». Annales de cardiologie et d'angéiologie. 40 (4): 209–13. PMID 2053764
- ↑ 4,0 4,1 Rosen, Joe; Gothard, Lisa Quinn (2009). Encyclopedia of Physical Science. [S.l.]: Infobase Publishing. p. 155. ISBN 0-8160-7011-3, Extract of page 155
- ↑ Patente obtida de: http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?DB=worldwide.espacenet.com&II=0&ND=3&adjacent=true&locale=en_EP&FT=D&date=20110427&CC=EP&NR=2315046A1&KC=A1; Method and device for pre-processing Doppler ultrasound data - EP2315046
- ↑ Strutt (Lord Rayleigh), John William (1896). MacMillan & Co, ed. The Theory of Sound. 2 2 ed. [S.l.: s.n.] 154 páginas