Acústica: Efeito Doppler

Efeito Doppler é um evento físico constatado nas ondas quando liberadas ou reproduzida por meio de um instrumento que está em deslocamento em relação ao observador. Esse nome lhe foi dado em tributo a Johann Christian Andreas Doppler, que o reproduziu, na teoria, em 1842 pela primeira vez. A primeira constatação experimental foi adquirida, em 1845, por Buys Ballot, em um procedimento em que uma locomotiva deslocava um vagão com diversos trompetistas.

Esse evento é observado, por exemplo, quando se escuta um som liberado por uma ambulância que se movimenta em alta velocidade. Isso acontece, pois o som é uma onda mecânica. O espectador compreende que o tom, com relação ao liberado, é mais agudo a medida que ela se aproxima, igual no momento que ela passa e mais grave quando ela começa a se distanciar. Devido ao efeito Doppler, também é possível estabelecer a velocidade de galáxias e estrelas, devido à luz ser uma onda eletromagnética.

Nas ondas eletromagnéticas, esse vento foi constatado de forma independente, pelo francês Hippolyte Fizeau, em 1848. Devido a isso, o efeito Doppler também é conhecido como efeito Doppler-Fizeau.

Características

No Efeito Doppler acontece à compreensão de um afluxo relativo, que é distinto do afluxo de liberação da onda. Considerando o Efeito Doppler Clássico, chamado dessa maneira em oposição com o relativístico, que engloba as ondas eletromagnéticas.

Ondas liberadas por elementos estáticos se disseminam por todas as direções de forma uniforme, tendo como comprimento de onda: ? = 2p.

Onde,

ß = é a constante que determina o meio por onde a onda vai se disseminar, denominada constante de fase.

A transformação relativa no afluxo das ondas pode ser explicada da seguinte forma: Quando a origem das ondas está se deslocando em direção ao espectador, cada crista de onda contínua será transmitida de uma disposição mais perto do espectador do que a última. Dessa forma, cada onda consome um tempo menor para atingir o espectador do que a última, e deste modo, existe um acréscimo no afluxo com que estas ondas alcançam o espectador.

Da mesma maneira, se a origem se distancia do espectador, cada onda é transmitida de uma disposição um pouco mais longe, gerando um tempo maior entre o alcance de duas ondas contínuas, atenuando seu afluxo.

Para a luz, já no episódio do Efeito Doppler Relativístico, esse evento é reconhecido quando a origem e o espectador se distanciam ou se aproximam muito rápido. Nessa situação, a aparição da luz adquirida possui deslocamento para o vermelho, quando se distancia, e deslocamento para o violeta, quando se aproximam. É comum observar esse evento nas estrelas.

Aplicações

O efeito Doppler possibilita mensurar a velocidade de elementos por meio da reflexão de ondas geradas pelo próprio aparelho de medida, que podem ser lasers, que usam afluxos luminosos, ou radares, que de baseiam em radiofreqüência.

É bastante usado para mensurar a velocidade de aviões, automóveis e qualquer tipo de elemento que ocasione reflexão, como, na Hidráulica e na Mecânica de fluidos, fragmentos sólidos no interior de um fluido em vazante.

Essencialmente um radar identifica a velocidade e a posição de um elemento conduzindo uma onda e constatando o eco. Um radar de pulso transmite uma corrente pequena de energia. Em seguida o receptor é acionado para identificar o eco. O equipamento que transmite o radar pode funcionar mais adequadamente se uma onda for transmitida sucessivamente, desde que ocorra a probabilidade de isolar o eco do sinal emitido pelo receptor.

O deslocamento de afluxo resultante de elementos em deslocamento é denominado de Frequência de desvio Doppler (FD).

Na astronomia, o efeito Doppler possibilita a medição da velocidade das estrelas e de outros elementos celestes brilhantes com relação à Terra. Essas avaliações possibilitaram aos pesquisadores comprovar que o universo está se expandindo, uma vez que quanto maior for o espaço desses elementos, maior será o deslocamento para o vermelho.

Já na medicina, um ecocardiograma usa esse fenômeno para mensurar o sentido e a velocidade do tecido cardíaco ou do curso sanguíneo. O ultra-som com Doppler é uma maneira particular de ultra-som, benéfico na análise do curso sanguíneo dos vasos fetais e útero. Pode ser apresentado de diversas maneiras: com aparição de cores no interior do vaso, com som perceptível ou no formato de gráficos que possibilita a medição da velocidade sanguínea nos tecidos naturais.

O efeito Doppler é de essencial importância em transmissões por meio de elementos com deslocamento rápido, como o que acontece com os satélites.

Uma eficácia curiosa prevista por Lord Rayleigh na obra tradicional sobre o som: se a origem está se deslocando com a dupla velocidade do sim, uma música transmitida por essa origem seria escutada no compasso e no tom certo, porém de trás para frente.