imported>Luizdl m (traduzindo nome/parâmetro nas citações, outros ajustes usando script) |
imported>Fgnievinski |
||
(26 revisões intermediárias por 19 usuários não estão sendo mostradas) | |||
Linha 1: | Linha 1: | ||
{{som}} | {{som}} | ||
[[Imagem:Dopplerfrequenz.gif|thumb|upright=2.15|Animação que ilustra o efeito Doppler percebido no som produzido por um carro. Quando o carro se move, um observador à esquerda percebe uma frequência maior, enquanto que um observador à direita percebe uma frequência menor.]] | [[Imagem:Dopplerfrequenz.gif|thumb|upright=2.15|Animação que ilustra o efeito Doppler percebido no som produzido por um carro. Quando o carro se move, um observador à esquerda percebe uma frequência maior, enquanto que um observador à direita percebe uma frequência menor.]] | ||
'''Efeito Doppler''' é um [[fenômeno físico]] observado nas [[onda]]s quando emitidas ou [[Reflexão (física)|refletidas]] por um objeto que está em movimento com relação ao observador. Foi-lhe atribuído este nome em homenagem a [[Christian Doppler|Johann Christian | '''Efeito Doppler''' é um [[fenômeno físico]] observado nas [[onda]]s quando emitidas ou [[Reflexão (física)|refletidas]] por um objeto que está em movimento com relação ao observador. Foi-lhe atribuído este nome em homenagem a [[Christian Doppler|Johann Christian Doppler]], que o descreveu teoricamente pela primeira vez em [[1842]].<ref name="hallidayv2"/> A primeira comprovação experimental foi obtida por [[Christoph Buys-Ballot|Buys Ballot]], em [[1845]], numa experiência em que uma [[locomotiva]] puxava um [[vagão]] com vários [[Trompete|trompetistas]].<ref name="hallidayv2"/> | ||
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| primeiro = Y.| data = abril 1991| titulo = [Doppler, Buys-Ballot, Fizeau. Historical note on the discovery of the Doppler's effect]| jornal = Annales de cardiologie et d'angéiologie| volume = 40| numero = 4| paginas = 209–13| pmid = 2053764 | ||
}}</ref> | }}</ref> | ||
Linha 29: | Linha 20: | ||
Ondas emitidas por objetos estáticos se propagam em todas as direções de maneira uniforme. Seu comprimento de onda é :<math>\lambda=\frac{2 \pi}{\beta}</math>, sendo β uma constante que define o meio pelo qual a onda se propaga, chamada constante de fase. | Ondas emitidas por objetos estáticos se propagam em todas as direções de maneira uniforme. Seu comprimento de onda é :<math>\lambda=\frac{2 \pi}{\beta}</math>, 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 | 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 aumente, 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.<ref name=perelmann/> | 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.<ref name=perelmann/> | ||
Linha 36: | Linha 27: | ||
Podemos determinar a frequência observada por:<ref name=hallidayv2/> | Podemos determinar a frequência observada por:<ref name=hallidayv2/> | ||
:<math>f_o = f_f \frac{v \pm v_o}{ v \mp v_f}\,</math> | |||
Onde: | Onde: | ||
Linha 43: | Linha 34: | ||
*<math>f_f \;</math> é a frequência emitida pela fonte | *<math>f_f \;</math> é a frequência emitida pela fonte | ||
*<math>v \;</math> é a velocidade da onda no meio | *<math>v \;</math> é a velocidade da onda no meio | ||
*<math>v_o \;</math> é a velocidade do observador em relação ao meio (positiva ao se | *<math>v_o \;</math> é a velocidade do observador em relação ao meio (positiva ao se ''aproximar'' da fonte, negativa ao se afastar) | ||
*<math>v_f \;</math> é a velocidade da fonte em relação ao meio (positiva ao se | *<math>v_f \;</math> 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:<ref name=encphysci>{{citar livro | 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|título=Encyclopedia of Physical Science|primeiro1 =Joe|último1 =Rosen|primeiro2 =Lisa Quinn|último2 =Gothard|publicado=Infobase Publishing|ano=2009|isbn=0-8160-7011-3|página=155|url=http://books.google.com/books?id=avyQ64LIJa0C}}, [http://books.google.com/books?id=avyQ64LIJa0C&pg=PA155 Extract of page 155]</ref> | ||
|título=Encyclopedia of Physical Science | |||
|primeiro1 =Joe | |||
|último1 =Rosen | |||
|primeiro2 =Lisa Quinn | |||
|último2 =Gothard | |||
|publicado=Infobase Publishing | |||
|ano=2009 | |||
|isbn=0-8160-7011-3 | |||
|página=155 | |||
|url=http://books.google.com/books?id=avyQ64LIJa0C}}, [http://books.google.com/books?id=avyQ64LIJa0C&pg=PA155 Extract of page 155]</ref> | |||
:<math>v_\text{radial}=v_\text{f}\cdot \cos{\theta}</math> | :<math>v_\text{radial}=v_\text{f}\cdot \cos{\theta}</math> | ||
<center><math>f = \left( \frac{c + v_\text{o}}{c + v_\text{f}} \right) f_f \,</math></center> | <center><math>f = \left( \frac{c + v_\text{o}}{c + v_\text{f}} \right) f_f \,</math></center> | ||
Se as | Se as velocidades <math>v_o \,</math> e <math>v_f \,</math> forem pequenas quando comparadas com a velocidade da onda, a relação entre <math>f_o \,</math> e <math>f_f \,</math> é aproximadamente<ref name=encphysci /> | ||
{| | {| | ||
|- | |- | ||
Linha 68: | Linha 49: | ||
|width=70%|<center><math>f_o=\left(1+\frac{\Delta v}{c}\right)f_f</math></center>|||<center><math>\Delta f=\frac{\Delta v}{c}f_f</math></center> | |width=70%|<center><math>f_o=\left(1+\frac{\Delta v}{c}\right)f_f</math></center>|||<center><math>\Delta f=\frac{\Delta v}{c}f_f</math></center> | ||
|} | |} | ||
:onde | :onde | ||
::<math>\Delta f = f_o - f_f \,</math> | ::<math>\Delta f = f_o - f_f \,</math> | ||
::<math>\Delta v = v_o - v_f \,</math> 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. | ::<math>\Delta v = v_o - v_f \,</math> 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. | ||
== Efeito Doppler inverso == | |||
Desde 1968, cientistas como Victor Veselago especulam sobre a possibilidade de um efeito Doppler inverso. O tamanho do deslocamento Doppler depende do índice de refração do meio pelo qual uma onda está viajando. Mas alguns materiais são capazes de refração negativa, o que deve levar a um desvio Doppler que funciona em uma direção oposta à de um desvio Doppler convencional.<ref>{{Citar web|titulo=Doppler shift is seen in reverse|url=https://physicsworld.com/a/doppler-shift-is-seen-in-reverse/|obra=Physics World|data=2011-03-10|acessodata=2019-11-26|lingua=en-GB}}</ref> O primeiro experimento que detectou esse efeito foi conduzido por Nigel Seddon e Trevor Bearpark, em Bristol, Reino Unido, em 2003.<ref>{{citar periódico|ultimo=Kozyrev|primeiro=Alexander B.|data=3 de fevereiro de 2005|titulo=Explanation of the Inverse Doppler Effect Observed in Nonlinear Transmission Lines|url=https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.94.203902|jornal=Physical Review Letters|acessodata=25 de novembro de 2019}}</ref> Mais tarde, o efeito Doppler inverso foi observado em alguns materiais não homogêneos e previsto dentro do cone Vavilov – Cherenkov.<ref>{{citar periódico|ultimo=Shi, Xihang; Lin, Xiao; Kaminer, Ido; Gao, Fei; Yang, Zhaoju; Joannopoulos, John D.; Soljačić, Marin; Zhang, Baile|primeiro=|data=31 de maio de 2018|titulo=Superlight inverse Doppler effect|url=https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2018arXiv180512427S/abstract|jornal=Nature physics|acessodata=}}</ref> | |||
== Aplicações == | == Aplicações == | ||
Linha 83: | Linha 66: | ||
O desvio de frequência resultante de objetos em movimento é conhecido como “Frequência de desvio Doppler” (FD). | O desvio de frequência resultante de objetos em movimento é conhecido como “Frequência de desvio Doppler” (FD). | ||
Se há uma distância | Se há uma distância R 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 <math>\frac{2R}{\lambda}</math>. Já que uma onda corresponde a <math>2\pi</math> radianos, a excursão angular entre o caminho de ida e volta do objeto é <math>\frac{4 \pi R}{\lambda} = \phi</math>. Para objetos em movimento a distância muda sempre, o que implica que <math>\theta</math> também varia. Uma mudança de <math>\theta</math> 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): <math>Ft = \left| Ft-Fr \right| \omega = 2\phi Fd</math> | ||
Para objetos em movimento a distância muda sempre, o que implica que <math>\theta</math> também varia. Uma mudança de <math>\theta</math> 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): <math>Ft = \left| Ft-Fr \right| \omega = 2\phi Fd</math> | |||
* Em [[astronomia]], permite a medida da velocidade relativa das [[estrela]]s 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. | * Em [[astronomia]], permite a medida da velocidade relativa das [[estrela]]s 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 [[sangue|fluxo sanguíneo]] ou do tecido [[coração|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.<ref name=ultrasound/> | * Na [[medicina]], um [[ecocardiograma]] utiliza este efeito para medir a direção e velocidade do [[sangue|fluxo sanguíneo]] ou do tecido [[coração|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.<ref name="ultrasound" /> | ||
* 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]]. | ||
*Instrumentos como o velocímetro laser Doppler (VLD) e o velocímetro acústico Doppler (VAD) foram desenvolvidos para medir as velocidades em um fluxo de fluido. O VLD emite um feixe de luz e o VAD emite uma explosão acústica ultrassônica e mede a variação do Doppler no comprimento de onda das reflexões das partículas que se movem com o fluxo. O fluxo real é calculado em função da velocidade e fase da água. Essa técnica permite medições de fluxo não intrusivas, com alta precisão e alta frequência. | |||
*Um vibrômetro Doppler a laser (VDL) é um instrumento sem contato para medir vibração. O feixe de laser do VDL é direcionado para a superfície de interesse e a amplitude e a frequência da vibração são extraídas do deslocamento Doppler da frequência do feixe de laser devido ao movimento da superfície | |||
*Durante a segmentação dos embriões de vertebrados, ondas de expressão gênica varrem o mesoderma pré-somítico, o tecido a partir do qual os precursores das vértebras (somitos) são formados. Um novo somito é formado após a chegada de uma onda na extremidade anterior do mesoderma pré-somítico. No peixe-zebra, foi demonstrado que o encurtamento do mesoderma pré-somítica durante a segmentação leva a um efeito Doppler à medida que a extremidade anterior do tecido se move para as ondas. Esse efeito Doppler contribui para o período de segmentação<ref>{{citar periódico|ultimo=Soroldoni, D.; Jörg, D. J.; Morelli, L. G.; Richmond, D. L.; Schindelin, J.; Jülicher, F.; Oates, A. C.|primeiro=|data=14 de julho de 2014|titulo=A Doppler Effect in Embryonic Pattern Formation|url=https://science.sciencemag.org/content/345/6193/222|jornal=Science|acessodata=}}</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> | 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> | ||
Linha 113: | Linha 97: | ||
<ref name="ultrasound">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</ref>}} | <ref name="ultrasound">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</ref>}} | ||
[[Categoria:Efeitos Doppler| ]] | |||
[[Categoria:Efeitos físicos|Doppler]] | [[Categoria:Efeitos físicos|Doppler]] | ||
[[Categoria:Acústica]] | [[Categoria:Acústica]] | ||
[[Categoria:Mecânica ondulatória]] |
Edição atual tal como às 02h32min de 2 de agosto de 2022
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 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 aumente, 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 velocidades 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.
Efeito Doppler inverso
Desde 1968, cientistas como Victor Veselago especulam sobre a possibilidade de um efeito Doppler inverso. O tamanho do deslocamento Doppler depende do índice de refração do meio pelo qual uma onda está viajando. Mas alguns materiais são capazes de refração negativa, o que deve levar a um desvio Doppler que funciona em uma direção oposta à de um desvio Doppler convencional.[5] O primeiro experimento que detectou esse efeito foi conduzido por Nigel Seddon e Trevor Bearpark, em Bristol, Reino Unido, em 2003.[6] Mais tarde, o efeito Doppler inverso foi observado em alguns materiais não homogêneos e previsto dentro do cone Vavilov – Cherenkov.[7]
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 R 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.[8]
- O efeito Doppler é de extrema importância em comunicações a partir de objetos em rápido movimento, como no caso dos satélites.
- Instrumentos como o velocímetro laser Doppler (VLD) e o velocímetro acústico Doppler (VAD) foram desenvolvidos para medir as velocidades em um fluxo de fluido. O VLD emite um feixe de luz e o VAD emite uma explosão acústica ultrassônica e mede a variação do Doppler no comprimento de onda das reflexões das partículas que se movem com o fluxo. O fluxo real é calculado em função da velocidade e fase da água. Essa técnica permite medições de fluxo não intrusivas, com alta precisão e alta frequência.
- Um vibrômetro Doppler a laser (VDL) é um instrumento sem contato para medir vibração. O feixe de laser do VDL é direcionado para a superfície de interesse e a amplitude e a frequência da vibração são extraídas do deslocamento Doppler da frequência do feixe de laser devido ao movimento da superfície
- Durante a segmentação dos embriões de vertebrados, ondas de expressão gênica varrem o mesoderma pré-somítico, o tecido a partir do qual os precursores das vértebras (somitos) são formados. Um novo somito é formado após a chegada de uma onda na extremidade anterior do mesoderma pré-somítico. No peixe-zebra, foi demonstrado que o encurtamento do mesoderma pré-somítica durante a segmentação leva a um efeito Doppler à medida que a extremidade anterior do tecido se move para as ondas. Esse efeito Doppler contribui para o período de segmentação[9]
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.[10]
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 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
- ↑ «Doppler shift is seen in reverse». Physics World (em English). 10 de março de 2011. Consultado em 26 de novembro de 2019
- ↑ Kozyrev, Alexander B. (3 de fevereiro de 2005). «Explanation of the Inverse Doppler Effect Observed in Nonlinear Transmission Lines». Physical Review Letters. Consultado em 25 de novembro de 2019
- ↑ Shi, Xihang; Lin, Xiao; Kaminer, Ido; Gao, Fei; Yang, Zhaoju; Joannopoulos, John D.; Soljačić, Marin; Zhang, Baile (31 de maio de 2018). «Superlight inverse Doppler effect». Nature physics
- ↑ 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
- ↑ Soroldoni, D.; Jörg, D. J.; Morelli, L. G.; Richmond, D. L.; Schindelin, J.; Jülicher, F.; Oates, A. C. (14 de julho de 2014). «A Doppler Effect in Embryonic Pattern Formation». Science
- ↑ Strutt (Lord Rayleigh), John William (1896). MacMillan & Co, ed. The Theory of Sound. 2 2 ed. [S.l.: s.n.] 154 páginas