sábado, 19 de septiembre de 2009

Doppler fluvial

Al tirar una piedra a un cauce de agua en movimiento se puede hacer una curiosa observación. Como es difícil de fotografiar (al menos para torpes como yo), amplificamos el fenómeno a observar alterando la superficie del río con un palo en vez de con una piedra, obteniendo así las fotografías adjuntas. ¿En cual de las dos el agua está en movimiento? ¿En que dirección? ¿Se podría calcular la velocidad?

Con el palo se producen trenes de ondas que se van alejando del punto en que se generan formando círculos concéntricos. ¿Concéntricos? Sólo a veces. En la foto de abajo prácticamente lo son, pero en la de arriba no, la separación entre círculos es claramente mayor en la parte inferior de la fotografía que en la superior. Esto ocurre así porque el agua está en movimiento (hacia abajo en la foto), de forma que una onda, además de irse expandiendo, es arrstrada aguas abajo. Por eso al generar la siguiente onda no aparece en el centro de la anterior. Las crestas estarán más apretadas en la dirección de la que viene el agua y más separadas en aquella hacia la que se dirige. En la foto de abajo el agua estaba prácticamente quieta, por eso apenas hay variación en la distancia entre crestas en distintas direcciones.

El tiempo transcurrido entre el paso de dos crestas está relacionado con la frecuencia de la onda producida (es el inverso). Así, ondas más juntas suponen mayor frecuencia y ondas más separadas menor. El hecho de que la frecuencia de las ondas cambia en función del movimiento se conoce como Efecto Doppler, en honor al señor Christian Doppler, que fue el primero en formularlo. Lo más habitual es considerar los cambios de frecuencia cuando la fuente de sonido se acerca o aleja de quien lo escucha, pero en este ejemplo de río es el medio de propagación el que se mueve y produce el efecto Doppler.

El efecto Doppler es la causa del característico ruido de las carreras de coches y motos, dónde cada vehículo que se acerca hace un ruido agudo que se torna grave al alejarse. Se utiliza con las ondas del radar en meteorología para saber dónde hay tormentas, y en tráfico para saber a que velocidad van los coches. El Doppler con ondas ultrasónicas se combina con la ecografía para medir caudales sanguíneos, y con ondas luminosas es fundamental en astronomía para conocer la velocidad de desplazamiento de las galaxias. Realmente es una idea genial.

A continuación dejo un power point que tenía por ahí de introducción al efecto. Lo más interesante del mismo es la deducción detallada de la fórmula del efecto Doppler (lástima que los gif animados no se vean).

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