EFECTO DOPPLER EN LA AVIACIÓN
De acuerdo al efecto Doppler, una fuente sonora en movimiento genera una deformación en las ondas que produce, comprimiéndose en el sentido de su avance y distanciándose en su parte posterior. Si ese fenómeno se lleva al ex-tremo en que la fuente sonora se mueve a la misma rapidez que las ondas que produce, en-tonces las ondas se apilan una frente a otra. En el caso de un avión que se desplaza por el aire, esto ocurre cuando su velocidad es de 340 m/s; en aviación a esa velocidad se la denomina mach 1.
Cuando un avión viaja a esa velocidad, siente una gran oposición a su avance, pues las ondas apiladas crean perturbaciones de aire en las alas. Durante algún tiempo se creyó que esa velocidad constituía una “barrera del sonido”; pero, es fácilmente observable, por ejemplo, en las embarcaciones, que aquel límite se puede superar, por eso los constructores de aviones se abocaron a mejorar el diseño y a imprimirles una mayor potencia para poder superar ese límite. Cuando aquello se logra, se generan ondas de choque en todas las direcciones que transportan una gran cantidad de energía, produciéndose un estampido sonoro.
En ese momento se dice que se “rompe la barrera del sonido”.
El patrón de ondas que se produce mientras el avión se desplaza es como el de la figura B; patrones como esos son fácilmente observables en lanchas que se desplazan en una bahía, o en insectos que caminan sobre el agua. Esa forma en V es conocida como “onda de proa”.
Cuando una embarcación o un avión se mueve en esas circunstancias, lo hace de una manera mucho más llana, pues no siente la perturbación de las ondas que produce. En la actuali-dad, son muchos los aviones que pueden viajar a velocidades supersónicas; por eso es que cuando vemos uno de ellos, nos parece que el sonido no proviene de su imagen, sino desde un punto situado más atrás.
Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. Cuando estas ondas necesitan de un medio material, se llaman ondas mecánicas. Las únicas ondas que pueden propagarse en el vacío son las ondas electromagnéticas.
El sonido es un tipo de onda mecánica que se propaga únicamente en presencia de un medio material.
Un cuerpo al vibrar imprime un movimiento de vaivén (oscilación) a las moléculas de aire que lo rodean, haciendo que la presión del aire se eleve y descienda alternativamente. Estos cambios de presión se trasmiten por colisión entre las moléculas de aire y la onda sonora es capaz de desplazarse hasta nuestros oídos. Las partes de la onda en que la presión aumenta (las moléculas se juntan) se llaman compresiones y aquellas en que la presión disminuye (las moléculas se alejan) se llaman enrarecimientos.
![cien-sonido[1].jpeg](https://static.wixstatic.com/media/f679d1_7c6ce73d2cedde19689bba6e3e859858.jpeg/v1/fill/w_240,h_214,al_c,q_80,enc_avif,quality_auto/f679d1_7c6ce73d2cedde19689bba6e3e859858.jpeg)
El efecto Doppler fue enunciado por primera vez por el austríaco Christian Doppler, quien lo propuso en el año 1842 en una monografía titulada “Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros”. Su hipótesis fue investigada en 1845 para el caso de ondas sonoras por el científico holandés Christoph Diederik, confirmando que el tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que si la fuente se aleja. El físico francés Hippolyte Fizeau descubrió, independientemente, el mismo fenómeno en el caso de ondas electromagnéticas, en 1848, por lo que en Francia este efecto se conoce como “efecto Doppler-Fizeau”.
Una fuente estacioanria de sonido, emite una señal cuya frecuencia es de 290 Hz. ¿Cuales son las frecuencias que oye un observador a). que se aproxima a la fuente a 20m/sg , b) que se aleja de la fuente a 20m/sg?
1)
Fo = Ff (Vs + Vo) Fo= Ff (Vs + Vo)
Vs - Vf Vs - Vo
Fo = 290Hz (343 m/sg + 20 m/sg) Fo = 290Hz (343 m/sg - 20 m/sg)
343 m/sg 343 m/sg
Fo = 306.9 Hz Fo = 273,09
2).
Un automovil hace sonar una bocina a 560 Hz, mientras de desplaza con una rapidez de 15m/sg, primero aproximandose a un oyente estacioanrio y despues alejandose de el con la misma rapidez. ¿ Cuales son las frecuencias que escucha el oyente ?
Fo = Ff (Vs + Vo) Fo= Ff (Vs + Vo)
Vs - Vf Vs - Vo
Fo = 560Hz (343 m/sg) Fo = 560Hz (343 m/sg)
343 m/sg - 15 m/s 343 m/sg + 15 m/sg
Fo = 585.6Hz Fo = 536,53
3).
Un automovil estacionado, hace sonar una bocina a 400Hz. ¿Que frecuencia escucha el conductor de un vehiculo que pasa junto al primero, con una rapidez de 60 m/sg?
Fo = Ff (Vs + Vo) Fo= Ff (Vs + Vo)
Vs - Vf Vs - Vo
Fo = 400Hz (343 m/sg - 16.66 m/sg) Fo = 400Hz (343 m/sg + 16.66 m/sg)
343 m/sg 343 m/sg
Fo = 380.57Hz Fo = 419.42
4).
Un bus que avanza a 20m/sg hace sonar un silvato a 300Hz al pasar junto a un observador estacionario. ¿Cuales son las frecuencias que oye el obsrvador al pasar el tren?.
Fo = Ff (Vs + Vo) Fo= Ff (Vs + Vo)
Vs - Vf Vs - V
Fo = 300Hz (343 m/sg) Fo = 300Hz (343 m/sg)
(343 m/sg - 20 m/sg) (343 m/sg + 20m/sg)
Fo = 318.56Hz Fo = 283,47Hz
5).
Una niña que pasea en bicicleta hacia el norte a 6m/sg, oye una sirena de 600Hz de una patruya de policia que avanza hacia el sur a 15m/sg. ¿Cual es la frecuencia que escucha la niña?.
Fo = Ff (Vs + Vo) Fo= Ff (Vs + Vo)
Vs - Vf Vs - V
Fo = 600Hz (343 m/sg + 6 m/sg) Fo = 600Hz (343 m/sg - 6 m/sg)
(343 m/sg - 15 m/sg) (343 m/sg + 15 m/sg)
Fo = 638,41Hz Fo = 564,80Hz
Una de las principales aplicaciones de los ultrasonidos es la que tiene que ver con los sensores para guiado y sondeo. Usando acústica submarina, aplicado en el sondeo del fondo del mar, navegación de submarinos, detección de bancos de pescado, etc.
Este uso de los ultrasonidos a modo de radar es utilizado por animales, concretamente por los murciélagos, cuyo sentido del oído está muy desarrollado, llegando incluso a escuchar frecuencias cercanas a los 100 KHz.
La técnica más conocida es la ecografía. La idea es inyectar ultrasonidos a través de la piel en el organismo del paciente (baja intensidad, en torno a unos pocos miliwatios). Estos se reflejan a medida que vayan pasando de unos medios a otros y los ecos son procesados para mostrarlos finalmente por pantalla. El gel que utilizan los médicos no es más que un material que sirve a modo de evitar la reflexión excesiva del ultrasonido en la propia superficie de la piel. Dado que lo que se está emitiendo son pulsos ultrasónicos, en la práctica se habla de métodos diagnósticos del eco pulsado,
Estas técnicas están en investigación. La aplicación de ultrasonidos parte de la idea de destruir los microorganismos que dañan los alimentos pero sin cambiar la apariencia externa de los mismos. Lo que hacen las ondas ultrasónicas es destruir la membrana celular de estos organismos, provocándoles la muerte.
Una aplicación del efecto Doppler es la del desplazamiento hacia el rojo, que desplaza la longitud de onda de la luz emitida por los objetos celestes hacia el rojo (mayor longitud de onda) cuando los objetos se alejan de la Tierra.
El efecto Doppler ha permitido numerosos avances en astrofísica, por ejemplo para determinar la estructura de las galaxias y la presencia de materia oscura, el estudio de estrellas dobles, el estudio de estrellas dobles o para medir los movimientos de las estrellas y de las galaxias. Esto último, por decirlo de alguna forma, se consigue observando el color de las galaxias y cuerpos estelares, pues la luz, al igual que el sonido, es una onda cuya frecuencia a la que la percibimos puede variar en función del movimiento.
Una de sus aplicaciones más importantes es la del radar (sistema electrónico que permite detectar objetos fuera del alcance de la vista y determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio.) El radar Doppler, que se utiliza a menudo para medir la velocidad de objetos como un coche o una pelota, transmite con una frecuencia constante. Las señales reflejadas por objetos en movimiento respecto a la antena presentarán distintas frecuencias a causa del efecto Doppler.
