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26 de junio de 2008

Ambulancias y Universo. Efecto Doppler (I): el sonido de las sirenas

Hay algo que tienen en común las ambulancias y el Universo. No voy a mantener la intriga porque en el título del post está la respuesta. Es el efecto Doppler.

En las ambulancias (y cualquier otro vehículo) este efecto es más conocido. Es el que causa que cuando una ambulancia se acerca, su sirena nos suena más aguda que cuando se aleja. Para explicar a qué se debe esto, antes hay que aclarar qué es el sonido.

El sonido es una onda que se transmite por el aire o por cualquier otro material. Se llama por tanto onda mecánica u onda material. Es necesario el material, si no hay material, no hay sonido. Es por ello que la gran mayoría de películas del espacio cometen un gran error ("2001: Odisea en el Espacio" no lo comete), que es que en el espacio no hay aire ni nada que pueda transmitir sonido, por tanto, no se oiría nada, por muy gorda que fuera la explosión de la nave de turno.

Volviendo a las ondas, una onda es una perturbación en un medio. Es lo que pasa en el agua cuando tiramos un objeto, que aparecen unos círculo que se van haciendo cada vez más grandes. Eso es la onda propagándose.

Sin embargo, no son iguales las ondas del agua que las del aire con el sonido. La piedra que tiramos perturba el agua de arriba a abajo, pero la onda se propaga hacia los lados, perpendicularmente (onda transversal). En el sonido, la perturbación y la propagación tienen la misma dirección (onda longitudinal). Es como un muelle que estiramos y soltamos. Empieza a oscilar en la misma dirección que hemos estirado (perturbado). El sonido en el aire va por ondas de presión. Cuando generamos sonido, al hablar por ejemplo, hacemos que la presión del aire varíe de forma cíclica (en un mismo punto la presión aumenta hasta un máximo, luego empieza a disminuir y luego vuelve a aumentar, repitiendo ese ciclo mientras dure el sonido). Esas diferencias de presión se van transmitiendo hasta llegar a nuestro tímpano, que las registra y genera una señal que manda al cerebro para que interprete.

Una de las magnitudes propias de las ondas es la frecuencia, que es el número de repeticiones por segundo. Por ejemplo, en el caso de la piedra y el agua, la frecuencia sería las veces que el agua de un punto en concreto de la superficie sube y baja dividido por el tiempo que estamos contando. En el caso del sonido, sería las veces que el aire cambia de presión como se ha descrito antes partido el tiempo. La frecuencia es lo que mide cómo de agudo o grave es el sonido. A mayor frecuencia, más agudo, y a menor frecuencia, más grave.

Otra magnitud muy relacionada con la frecuencia es la longitud de onda, que es la distancia que hay entre dos crestas (en el caso del sonido, las crestas son donde la presión es mayor).

Otra magnitud imporante, aunque ahora no nos interesa, es la amplitud, que es lo que determina el volumen de sonido. En nuestro caso particular, tiene relación con la diferencia que hay entre la presion máxima y la mínima. Cuanto mayor sea, más volumen, y vicecersa.

Ya entrando en el efecto Doppler, este es la variación de frecuencia que se produce entre la onda que se emite y la onda que se recibe, debido a que el emisor se esté moviendo respecto al receptor. Para entender por qué se produce esto, mirad estas imágenes.


El emisor emite siempre con las misma frecuencias (y por tanto misma longitud de onda). En este caso, el camión está parado respecto al hombrecillo de la imagen. Entonces el sonido que le llega tiene la misma longitud de onda (y por tanto frecuencia) que el que emite el camión, por lo que no hay variación en el tono. Ahora veamos que pasa si el camión se está moviendo.


Cuando el camión emite una cresta (la cresta es la mayor presión, valle es la menor presión), no lo hace desde el mismo sitio que la anterior, sino un poco más delante, por lo que hay menos distancia entre unas crestas y otras, es decir, menor longitud de onda, y por tanto más frecuencia, lo que se traduce en que nuestro hombrecillo recibe un tono más agudo. Cuando el camión se aleja, sucede justo lo contrario. Las crestas están más separadas, mayor longitud de onda, menor frecuencia y un tono más grave.

Por supuesto, esto no sólo pasa con las sirenas de las ambulancias o de camiones de bomberos, sino con todo el sonido. Si pasa un coche por la calle tocando el caxon lo notaréis, o si véis una carrera de Fórmula 1, también.

Doppler, tras desarrollar las fórmulas para explicar el fenómeno, diseñó un experimento para comprobarlo realmente peculiar, con un montón de trompetistas montados en un vagón de tren que iba y venía. Pero para no enrollarme más, mejor que lo leáis en Curioso pero Inútil.

Ahora que ya sabéis lo que es el efecto Doppler, os dejo pensando qué tiene que ver esto con el Universo, y más particularmente con las galaxias que nos rodean y su luz (esto es un pista). En la próxima entrada os respondo.

Actualización: la respuesta.

7 comentarios:

  1. Diego dijo...

    Hum... se trata del famoso "desplazamiento al rojo" de Einstein?

  2. Valaingaur dijo...

    Lo que comentas del sonido en el espacio también pasa en Firefly (las pocas escenas de espacio que hay, son mudas).

  3. Smaigol dijo...

    Muy buen articulo, como siempre (reverencia emoticonil). Sólo una cosa, me gustaría hacer de tu mamá y repetirte lo que te dije aquel día en el tren: Ándate con los pies de plomo en la segunda parte de este artículo. Aunque lo que vas a comentar es un efecto similar al doppler, tienen orígenes completamente distintos. Asegúrate de que queda claro no sea que alguien se piense que son lo mismo o que tienen el mismo origen.

    Un saludo, pásalo bien en vacaciones y sobre todo no dejes de postear ;-).

  4. Kunzahe dijo...

    @ diego: has roto el misterio. Me refiero al desplazamiento al rojo, pero no tanto al de Einstein (gravitacional) como al de la expansión del espacio.

    @ valaingaur: se me olvida siempre hacerme con ella...

    @ smaigol: tendré cuidado, de todas formas, te he mandado un correo para aclarar a qué te refieres (aunque ya lo sospecho, a lo que dice diego).

  5. Anónimo dijo...

    exelente instruccion para cualquier alumno de secundaria y a la vez para los que cursan la carrera de fisica...

  6. Anónimo dijo...

    lA REFRACION SE PRODUCE CUANDO UNA ONDA VIAJERA SE ENCUENTRA EN SU CAMINO CON UN MEDIO MATERIAL DE DIFERENTE DENSIDAD PERO ¿que le permite seguir propagandose,lo que implica en ella un cambio de?
    1 direccion 2rapidez o velocidad
    3 sentido

  7. jorge dijo...

    Es una informacion interesante y clara yo nunca habia escuchado acerca de este efecto es muy interesante lo disfrute mucho pero quiero tener mas conocimiento de Medicine Without Prescription y sus ventajas.

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