Qual é o efeito Doppler?

O efeito Doppler é um dos princípios físicos mais comuns e do qual a inovação científica e tecnológica mais tirou partido ao longo da história, sendo uma característica física amplamente utilizada em múltiplas áreas, como a navegação, a medicina, a astronomia ou a meteorologia.

Este efeito, batizado em homenagem ao seu descobridor, Christian Andreas Doppler, um físico austríaco do século XIX, afirma que a percepção da frequência de uma onda é diferente quando a onda se aproxima e quando a onda se afasta.

Primeiro passo: Qual é a frequência de uma onda?

Qualquer onda, seja de luz, som, rádio ou mar, tem uma determinada frequência, a frequência indica quantas vezes por segundo aquela onda se repete.

A unidade de medida da frequência de uma onda é Hertz (Hz), portanto, uma onda com frequência de, por exemplo, 20 Hz significa que ela se repete 20 vezes por segundo.

A frequência de uma onda é a sua característica mais importante, juntamente com o seu comprimento de onda e amplitude, mas é o que determina a sua natureza:

• Se falamos de luz, a frequência das ondas de luz determina se essa luz é luz visível, luz infravermelha (usada em controles remotos ou câmeras de imagem térmica) ou luz ultravioleta (usada para esterilizar superfícies ou análises forenses).
• Se falamos de ondas eletromagnéticas, a frequência das ondas determina se as ondas são ondas de rádio, ondas de microondas ou ondas de raios X.
• Se falamos de som, a frequência de uma onda é o que determina se o som é baixo (frequências baixas) ou alto (frequências altas).

Agora que o conceito de frequência de onda foi explicado, passamos ao tópico principal, mas não antes de esclarecer um conceito chave: A velocidade de propagação de qualquer onda é igual ao comprimento de onda multiplicado pela sua frequência.

velocidade = comprimento x frequência

Noções básicas do efeito Doppler

Para explicar o efeito Doppler, utilizam-se ondas sonoras, por ser o caso cotidiano mais comum que todos conhecemos.

O efeito Doppler baseia-se no princípio de que se o emissor de uma onda estiver se movendo em direção a um observador, a velocidade de propagação da onda será a velocidade da onda mais a velocidade do deslocamento, pois o movimento a favor favorece a onda atinge o observador mais cedo, enquanto quando o emissor se afasta do observador, a velocidade de propagação da onda será a velocidade da onda menos a velocidade do emissor, pois o contramovimento atrasa a chegada da onda ao observador.

Aplicado ao som, cuja velocidade em condições normais é de 344 metros por segundo.

• Se um carro se aproxima de uma pessoa a 108km/h (30 metros/s), o som emitido pelo carro se aproxima da pessoa a 344 m/s do som + 30 m/s da velocidade do carro = 374 m/s .
• Quando o carro se afasta de uma pessoa a 108 km/h (30 metros/s), o som emitido pelo carro se afasta da pessoa a 344 m/s do som - a velocidade de 30 m/s do carro = 314m/s.
• Isso faz com que quando o carro se aproxima, a frequência da onda seja percebida como (100 x (374-344))/344 = 9% maior (mais nítida), enquanto quando ele se afasta a frequência é percebida como (100 x (314-344 ))/344 = 9% maior (mais nítida). 344))/344 = -9%, ou seja, 9% menor, ou seja, mais grave.

Portanto, o som de um carro se aproximando de 108km/h fica quase 18% mais grave quando passa na nossa frente.

Agora você sabe por que as sirenes da ambulância soam diferentes quando a ambulância está se aproximando e quando a ambulância está se afastando.

Aplicações do efeito Doppler

O caso do som é o mais representativo por ser o mais fácil de ser percebido pelo ser humano, já que o som tem uma velocidade relativamente baixa.

Quando passamos para ondas eletromagnéticas, como luz, rádio, raios X, microondas, televisão, fibra ótica, radiação, radares..., que se movem na velocidade da luz, esse efeito é imperceptível ao ser humano, pois se aplicarmos no exemplo do carro em movimento para suas luzes, a diferença na luz quando ele se aproxima e quando se afasta é de apenas 0,00002%, então um observador humano nunca notará a diferença, mas um sensor eletrônico sim.

E é por isso que sensores são usados ​​para aproveitar essas características das ondas eletromagnéticas em múltiplas disciplinas.

Medicina: Ultrassonografias Doppler são usadas para observar o fluxo sanguíneo dentro do corpo. Isto é vital para diagnosticar condições como bloqueios nas artérias, fluxo sanguíneo através do coração e vasos sanguíneos e para avaliar a saúde fetal.

Meteorologia: Usado em radares Doppler para medir a velocidade e direção do vento. Isto ajuda a prever o tempo, especialmente para a detecção de condições severas, como tornados, observando como as gotas de chuva e os cristais de gelo se movem na atmosfera.

Radar e Sonar: Tanto para aplicações civis quanto militares, o efeito Doppler é aplicado para determinar a velocidade de objetos, como veículos, aeronaves, submarinos e outros objetos em movimento, melhorando a precisão da navegação e detecção de ameaças.

Engenharia Acústica: Utilizada para analisar como o som se propaga ou é percebido em movimento, o que tem aplicações no projeto de salas de concerto.

Astrofísica: É usada para determinar o movimento e a velocidade de aproximação ou distância de estrelas e galáxias em relação à Terra. Ao analisar a mudança no comprimento de onda da luz (desvio para o vermelho ou desvio para o azul), os astrônomos podem inferir se um objeto celeste está se afastando ou se aproximando e a que velocidade.

Também é usado para estudar a expansão do universo, incluindo o desvio para o vermelho de galáxias distantes, o que indica que o universo está em expansão.

Indústria automotiva: No desenvolvimento de sistemas de radar para assistência ao motorista, como sistemas automáticos de frenagem de emergência e sistemas de alerta de colisão, que detectam a velocidade relativa de veículos próximos.

Geofísica: Aplicação em técnicas sísmicas para estudo da estrutura interna da Terra. A análise de ondas sísmicas utilizando o Efeito Doppler pode ajudar a mapear descontinuidades e estruturas subterrâneas.

Tecnologia de rede móvel e sem fio: Na melhoria da comunicação móvel e na redução de interferências. A compensação Doppler é crucial em sistemas de comunicação que operam em altas velocidades, como aqueles usados ​​em trens de alta velocidade e comunicações veículo-satélite.

Oceanografia: Usando o sonar Doppler, os cientistas podem medir as correntes oceânicas subaquáticas, o que é crucial para a compreensão da dinâmica dos oceanos, do clima global e dos padrões de circulação.

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