Efeito Doppler

Percepção de diferentes frequências emitidas por ondas

O efeito Doppler é um fenômeno físico percebido nas ondas ao serem emitidas ou refletidas por um objeto que esteja em movimento com relação ao observador. Trata-se da alteração da frequência ondulatória observada em virtude do movimento relativo de aproximação ou afastamento entre a fonte e quem observa.

Sendo assim, o efeito Doppler acontece quando existe aproximação ou afastamento relativo entre uma fonte de ondas e um observador. Esse fenômeno ocorre porque a velocidade de propagação, tanto de ondas mecânicas quanto de ondas eletromagnéticas, depende do meio pelo qual elas se propagam.

Desse modo, ainda que a fonte de ondas ou o observador se movam, a velocidade de propagação da onda não será alterada, havendo nesse caso uma variação no comprimento e na frequência da onda captada pelo observador.

A percepção de frequência que ocorre no efeito Doppler é relativa e difere da frequência de emissão da onda. Esse fenômeno é usado para medir a velocidade de objetos por meio de ondas que são emitidas por aparelhos baseados em radiofrequência ou lasers.

Como funciona o efeito Doppler

O efeito Doppler é um fenômeno característico de propagações ondulatórias que pode ocorrer com qualquer tipo de onda. Dessa forma, é possível observar o efeito Doppler tanto com as ondas mecânicas (som) como com as eletromagnéticas (luz).

A mudança relativa na frequência das ondas acontece à medida em que a fonte das mesmas se move na direção do observador. Assim, a emissão de cada crista será feita de uma posição mais próxima do observador do que a última.

Desse modo, cada onda leva um pouco menos de tempo para alcançar o observador do que a última e, consequentemente, a frequência com que essas ondas atingem o observador aumenta.

Por outro, quando a fonte se afasta do observador, cada onda é emitida de uma posição mais distante, aumentando o tempo entre as chegadas de duas ondas e, consequentemente, diminuindo a sua frequência.

História do efeito Doppler

A teoria da alteração de frequência ondulatória, observada em virtude do movimento relativo de aproximação ou afastamento entre fontes de ondas e observador, foi descrita em 1842 pelo físico austríaco Christian Johann Christian Andreas Doppler. O nome de Efeito Doppler foi-lhe uma homenagem.

Efeito Doppler
Demonstração gráfica do efeito Doppler relativístico em comparação com o efeito não relativístico. (Foto: Wikipedia)

À época, Doppler escreveu um artigo no qual afirmava que a frequência do som percebida por um observador dependia do movimento relativo entre a fonte emissora do som e o observador.

A primeira comprovação do efeito Dopller foi obtida em 1845, pelo cientista Buys Ballot, em uma experiência em que uma locomotiva puxava um vagão com vários trompetistas.

Nas ondas eletromagnéticas, o efeito foi descoberto de maneira independente, em 1848, pelo francês Hippolyte Fizeau. Esse fenômeno é efeito Doppler Relativístico, pois quando se trata de ondas eletromagnéticas, a frequência observada depende apenas da velocidade relativa de ambos.  

Formula do efeito Doppler

A fórmula geral para calcular a frequência percebida pelo observador indica que a fonte e o observador se aproximam ou se afastam e vão diretamente na direção um do outro.

Dessa forma, se observador e fonte se aproximam, a frequência observada vai ser maior do que a emitida. Ao se encontrar, a frequência observada será igual à emitida. Já ao se afastarem a frequência observada será menor que a emitida.

A fórmula utilizada para calcular a frequência aparente é a seguinte:

Efeito Doppler
Fórmula efeito Dopller

Onde

fo = é a frequência que o observador recebe;

ff = é a frequência emitida pela fonte;

v = é a velocidade da onda no meio;

vo = é a velocidade do observador em relação ao meio (positiva ao se aproximar da fonte, negativa ao se afastar);

vf = é a velocidade da fonte em relação ao meio (positiva ao se afastar, negativa ao se aproximar do observador);

O efeito Doppler nos diferentes tipos de ondas

Nas ondas sonoras, o efeito Doppler é o fenômeno pelo qual um observador percebe frequências diferentes das emitidas por uma fonte de ondas. Essa mudança de percepção ocorre por causa da respectiva velocidade entre a onda sonora e o movimento relativo entre o observador e a fonte de ondas.

Um exemplo clássico do efeito Doppler nas ondas mecânicas é o som da sirene de uma ambulância que passa em alta velocidade. O observador percebe que o som fica mais agudo quando ela se aproxima e à medida que a ambulância se afasta, o som fica mais grave.

Para as ondas de luz, o efeito Doppler Relativístico é percebido quando a fonte e o observador se afastam ou se aproximam com grande velocidade. Para esse caso, o fenômeno do efeito Doppler se manifesta na mudança de cor da luz percebida pelo observador.

Assim, quando observador e fonte se afastam, o espectro da luz recebida apresenta um desvio para o vermelho. Já à medida em que se aproximam, há um desvio para o violeta.

Um exemplo do efeito Doppler nas ondas eletromagnéticas é quando uma pessoa que se aproxima de um sinal de trânsito que está vermelho e percebe a coloração vermelha mais intensa se ela estiver parada. Isso ocorre porque a frequência de onda luminosa é maior quando o observador está parado do que quando encontra-se em movimento.

O fenômeno do efeito Doppler é bastante útil para a Astronomia. Através dos conhecimento desse efeito é possível medir a velocidade relativa das estrelas e de outros corpos celestes em relação ao planeta Terra.

Faça a referência deste conteúdo seguindo as normas da ABNT:

DIAS, Fabiana. Efeito Doppler; Guia Estudo. Disponível em

< https://www.guiaestudo.com.br/efeito-doppler >. Acesso em 19 de novembro de 2019 às 02:50.

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