grado 10 ip guia 4 efecto doppler

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Cambio aparente de la frecuencia de una onda.

DDeebbiiddoo aall mmoovviimmiieennttoo ddee llaa ffuueennttee ddee uunnaa oonnddaa oo ddee qquuiieenn llaa ppeerrcciibbee,, aallgguunnaass

ccaarraacctteerrííssttiiccaass ddee eessttaa ttiieenneenn uunn ccaammbbiioo aappaarreennttee..

Características del sonido:

Los sonidos se caracterizan por tres cualidades muy particulares, la intensidad,

el tono y el timbre que vamos ahora a estudiar con más detalles.

La energía trasportada en una onda por unidad de tiempo y de superficie, lo

que llamamos intensidad, es proporcional a la amplitud al cuadrado, o sea que

para una frecuencia dada un sonido nos aparece más y más intenso si su

amplitud crece.

Tono

El tono de un sonido es la cualidad que corresponde a la sensación de un

sonido más o menos bajo o alto. La experiencia nos muestra que el sonido se

hace más y más alto cuando crece la frecuencia (figura 4.5), por lo tanto

podemos medir el tono de un sonido por su frecuencia.

Timbre

Dos sonidos de la misma intensidad e igual tono pueden dar sensaciones muy

diferentes. Si se escucha la misma nota dada por un violín y un piano,

inmediatamente se sabrá a que instrumento pertenece cada nota; se dice que

estos sonidos difieren por sus timbres.

Efecto Doppler

Cuando una fuente sonora, en este caso la

ambulancia, o un observador o ambos están en

movimiento con respecto al aire, la frecuencia

percibida por el observador es diferente de la

realmente emitida. Este fenómeno se conoce

con el nombre de efecto Doppler.

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Sea un observador O y una fuente sonora F de

frecuencia Ff en reposo; en un tiempo t el número de

longitud de onda emitida es igual Ff t.

Al cabo de t segundos el frente de onda llega hasta el

punto M, situado a una distancia c·t, siendo c la

velocidad de las ondas en el medio.

La velocidad del sonido en el aire es aproximadamente

340m/s

Pero si la fuente ahora tiene una velocidad Fv aleján-

dose de O, al cabo de t segundos estará en F', siendo F'

= Fv t.

Esto quiere decir que el número de longitudes de onda

anterior Ff ·t se extiende sobre una distancia

tvctMF F' por lo tanto la longitud de onda es ahora

mayor que antes y vale F

F

F

F

f

vc

tf

tvct

Si el observador se mueve con velocidad 0v en la di-

rección de la fuente las ondas se aproximan al obser-

vador con una velocidad relativa 0vc . De aquí de-

ducimos la frecuencia de las ondas para el observador

de la relación fv .FF fvc

vcvcf

)(00

0

En forma general: F

F

vc

f

vc

f

0

0

Esta relación expresa la frecuencia 0f percibida por el observador en función

de la frecuencia de la fuente Ff . No es necesario deducir ecuaciones para

otros casos si se utiliza el convenio de signos siguiente:

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La velocidad c de las ondas sonoras se considerará siempre positiva.

Tomaremos como dirección positiva la que va del observador hacia la fuente

para 0v y Fv de lo contrario el valor de la velocidad será negativo.

La frecuencia percibida por el observador puede calcularse entonces mediante

la ecuación:

)( 00 vcvc

ff

F

F

Mientras que la frecuencia de la fuente puede calcularse mediante la ecuación:

)( f

o

of vc

vc

ff

Es necesario en cualquier caso tener en cuenta el signo correspondiente a

cada una de las velocidades.

Ejemplos

1. Sea una fuente sonora de frecuencia 1000 ciclos/seg que se acerca a un

observador inmóvil con una velocidad de 170 m/seg (c = 340 m/seg).

Aquí Fv es negativo y la frecuencia que percibe el observador es:

segciclos 2000170340

34010000f

2. Un observador se acerca a una fuente de frecuencia 1000 ciclos/seg con una

velocidad 170 m/seg.

Aquí 0v es positiva y la frecuencia percibida es:

segciclos 1500340

17034010000f

Es interesante notar que la frecuencia percibida no es la misma en los dos

casos, pero es siempre superior a la frecuencia de la fuente. De la misma

manera se puede ver que si un observador se aleja de una fuente o a la

inversa, la frecuencia disminuye.

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3. Un observador y un foco sonoro de frecuencia 1000 ciclos/seg, se acercan

entre sí, con velocidad de 170 m/seg cada uno.

La frecuencia percibida es:

segciclos 3000170340

17034010000f

Se evaluaran conceptos teóricos, solución de ejercicios, con su correspondiente desarrollo y expresión de unidades.

El sonido es una onda mecánica, que es percibida por el oído humano dependiendo de su frecuencia. Las características de esta onda depende de diferentes variables, por ejemplo la frecuencia percibida depende del movimiento relativo entre el observador y la fuente.

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"Nada es más peligroso que

una idea cuando no se tiene

más que una." Émile Chartier

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