¿El efecto Doppler ocurre en la luz?

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El efecto Doppler es el cambio en la frecuencia de una onda cuando la percibe un observador que se encuentra en movimiento con respecto a la fuente que emite la onda. Este efecto se traduce en un aumento en la frecuencia (y una disminución en la longitud de onda) cuando el observador se acerca a la fuente (o la fuente se acerca al observador) y en una disminución de la frecuencia cuando se alejan el uno del otro.

Este efecto lo podemos constatar todos los días al observar el cambio de tono en el sonido de un automóvil que se nos acerca y que luego se aleja de nosotros como, por ejemplo, en una carrera de Fórmula 1. El sonido es notablemente más agudo cuando el auto se acerca hacia nosotros que cuando pasa delante y luego se aleja.

El cambio en tono que percibimos puede que sea el ejemplo más palpable del efecto Doppler en nuestra vida cotidiana. Sin embargo, este efecto no solamente se aplica a las ondas de sonido, sino a cualquier tipo de onda, incluyendo las de luz. Por esta razón, el efecto Doppler es de gran importancia en la astronomía y en muchas otras disciplinas científicas.

Fórmula del efecto Doppler

El efecto Doppler se puede escribir en forma de un par de ecuaciones que relacionan la frecuencia o la longitud de onda observada y la de la fuente. Su aplicación depende de si la fuente de las ondas y el observador se están acercando o alejando el uno del otro.

Cuando la fuente se acerca al observador

En este caso, la ecuación o fórmula a utilizar es:

ecuación del efecto Doppler

En estas ecuaciones, fobs representa la frecuencia que percibe el observador; ffuente es la frecuencia que emite la fuente; λ es la longitud de onda; v es la velocidad con la que se propaga la onda en el medio, y vfuente es la velocidad relativa con la que se acerca la fuente al observador.

Como se puede ver, las ecuaciones predicen que la frecuencia que percibe el observador aumentará a medida que aumente la velocidad con la que se acerca la fuente, mientras que lo contrario sucede con la longitud de onda.

Cuando la fuente se aleja del observador

Estas ecuaciones son equivalentes a las anteriores, con la diferencia del signo de la velocidad de la fuente:

ecuación del efecto Doppler

Todas las variables son iguales al caso anterior. Estas ecuaciones predicen que la frecuencia percibida por el observador disminuirá y la longitud de onda aumentará cuando aumente la velocidad con la que se aleja la fuente.

Desplazamiento o corrimiento al rojo

La luz se comporta como una onda electromagnética que se propaga en el vacío a una velocidad constante de aproximadamente 300,000 km/s. Lo que determina el color de la luz es su longitud de onda o su frecuencia. La luz visible que tiene mayor frecuencia o menor longitud de onda es de un color entre el azul y violeta, mientras que la que tiene longitud de onda más larga y, por lo tanto, menor frecuencia, es de color rojo.

Cuando ocurre el efecto Doppler al alejarnos de una fuente de luz (o cuando una fuente de luz se aleja de nosotros), percibimos dicha luz con una frecuencia menor a la que la fuente está emitiendo. Esta variación de la frecuencia hace que el color de la luz que percibimos esté más cerca del rojo de lo que estaba antes en el espectro de la luz visible. Por esta razón, a este fenómeno se le denomina desplazamiento o corrimiento al rojo.

Efecto Doppler en la luz
El espectro de líneas superior corresponde a una galaxia lejana que se está alejando de nosotros. Note cómo las líneas espectrales están corridas hacia la derecha, es decir, hacia el rojo, en comparación con nuestro sol.

Como se puede observar, el corrimiento al rojo es de gran relevancia en astronomía, ya que su cuantificación permite determinar, de manera indirecta, la velocidad con la que se están alejando de nosotros los demás cuerpos celestes. Esto se logra determinando el cambio de frecuencia en las lineas de absorción atómica de la luz proveniente de las estrellas y nebulosas lejanas.

Cabe resaltar que el hecho de que se llame corrimiento al rojo no significa que la luz, en sí, sea roja, sino que su frecuencia se desplazó en la dirección o sentido en la que se encuentra la frecuencia del color rojo en el espectro electromagnético.

Desplazamiento o corrimiento al azul

El corrimiento al azul es el efecto opuesto al corrimiento al rojo: se refiere al aumento de la frecuencia de una onda de luz u onda electromagnética emitida por una fuente que se está acercando a nosotros.

El efecto de desplazamiento o corrimiento al azul se emplea, por ejemplo, en los velocímetros de pistola que la policía utiliza para determinar la velocidad con la que se desplaza un auto, en particular aquellos que funcionan con tecnología LIDAR (sistema de medición y detección de objetos mediante láser).

Pistola radar basada en el efecto Doppler

Referencias

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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