O que é o efeito Doppler?
O efeito Doppler é a mudança de percepção em frequência de um som emitido por uma fonte que se movimenta em relação ao observador, como podemos perceber a mudança de tom de uma buzina de um carro ao passar por nós numa rodovia. Veja o vídeo abaixo:
Podemos notar que quando a fonte sonora, no caso o carro, se aproxima do observador, o cinegrafista, o tom ou frequência do som aumenta, diminuindo quando a fonte se afasta.
Esse efeito foi percebido pelo metrologista austríaco Christian Doppler, em 1842, no trabalho chamado “Über das farbige Lict der Doppelsterne und einiger anderer Gestirne des Himmels” traduzido como “Sobre a luz colorida de estrelas binárias e algumas outras estrelas no céu” – em tradução livre.
Em 1845, Buys Ballot testou a hipótese de Doppler no campo da acústica colocando um músico tocando trompete numa estação (posição fixa) e outro tocando a mesma nota num vagão aberto de um trem em movimento e percebeu a diferença aparente entre as notas tocadas pelos dois músicos.
Isso acontece porque cada onda sonora foi gerada numa posição diferente. Considerando o músico em movimento, durante a aproximação, cada nova onda é produzida mais perto do observador, o que faz com que seja necessário menos tempo entre uma onda e outra para chegar no ouvido do observador.
Justamente pelo fato de que temos mais ondas em menos tempo, a frequência ouvida aumenta, uma vez que a quantidade de ondas por segundo é o que determina a frequência de um som.
Contrariamente, ao se afastar, cada onda gerada leva mais tempo para alcançar o ouvido do observador, fazendo com que haja uma diminuição da frequência percebida.
Devemos deixar claro que a fonte emite o som numa frequência fixa, o que é alterado é a percepção do observador em relação a ela; logo, há uma variação aparente de frequência sonora emitida.
Algum tempo depois, em 1848, um metrologista chamado Hippolyte Fizeau encontrou, independentemente, o mesmo efeito que ocorria com ondas eletromagnéticas.
A figura abaixo nos mostra uma fonte sonora estacionária, que produz som numa frequência constante.
Podemos perceber que o som se propaga em todas as direções se afastando simetricamente da fonte.
Qualquer observador ouviria o som na mesma frequência estando numa posição fixa em relação à fonte.
Figura 1: fonte estacionária
Abaixo, vemos que a fonte se mover em relação ao um observador fixo.
Podemos perceber que se o observador está à esquerda da fonte, notará uma redução da frequência emitida (som mais grave); já se ele se encontra à direita, o notará um aumento da frequência do som (som mais agudo).
Figura 2: fonte se movendo
Na figura abaixo, vemos a fonte se deslocando com a mesma velocidade que o som.
Neste caso, um observador à direita da fonte não saberia que a fonte está se deslocando em sua direção, pois nenhum som chega até ele.
Ele apenas notará a fonte sonora quando ela chegar em sua posição.
Por último, temos que a fonte se desloca numa velocidade maior que a do som, ou velocidade ultrassônica.
Nesta situação, a fonte passará pelo observador à direita sem que ele saiba até ser ultrapassado por ela.
Aplicações do efeito Doppler
Astronomia
É usado para medir a velocidade que estrelas e galáxias estão se aproximando ou afastando de nós.
O efeito Doppler aplicado à luz foi o que levou o astrônomo Hubble a perceber que o Universo estava a se expandir, levando a formulação da teoria do Big Bang.
Radares
O efeito é aplicado em alguns tipos de radares que emitem ondas em direção a objetos que estão se deslocando.
Para um veículo se afastando, a diminuição da frequência refletida é usada para determinar a velocidade do veículo, uma vez que para determiná-la basta saber a frequência que o som é emitido, a frequência que é detectada quando o som é refletido, e a velocidade do som no meio de medição.
Medicina
Um ecocardiograma pode, dentro de certos limites, permitir uma avaliação precisa da direção e velocidade do fluxo sanguíneo e as condições dos tecidos cardíacos através do efeito Doppler.
