Efeito Doppler - Física | Manual do Enem
/ Efeito Doppler
3) Fórmulas para o Efeito Doppler
4) Fórmula Geral
5) Efeito Doppler em qualquer direção
6) Efeito Doppler da luz
O Efeito Doppler é um fenômeno que ocorre quando um emissor de ondas está em movimento em relação ao receptor. Seu nome é uma homenagem ao físico Christian Doppler (1803-1853), que descreveu o efeito pela primeira vez.
A primeira comprovação experimental foi feita por uma locomotiva que puxava um vagão com vários músicos tocando trompete.
Provavelmente, você já esteve parado em um engarrafamento, e uma ambulância passou ao seu lado tocando a sirene. É possível notar que, quando a ambulância vem se aproximando, o som da sirene vai ficando cada vez mais agudo, e, após ultrapassar e começar a se afastar, o som da sirene vai ficando cada vez mais grave.
Neste texto, vamos falar sobre dois corpos: o emissor, que vai gerar as ondas sonoras; e o receptor, que vai detectar as ondas sonoras.
Emissor se aproximando do receptor
No caso em que o objeto que está emitindo as ondas sonoras se aproxima do receptor, o Efeito Doppler fará com que:
O som fique mais agudo;
A frequência de onda aumente;
O comprimento de onda diminua.
Emissor se afastando do receptor
No caso em que o objeto que está emitindo as ondas sonoras se afasta do receptor, o Efeito Doppler fará com que:
O som fique mais grave;
A frequência de onda diminua;
O comprimento de onda aumente.
Visualizando as ondas
Na figura acima, vemos uma fonte sonora se movimentando de forma a afastar de um observador e aproximar de outro.
Imagine que a ambulância produza apenas um barulho de sirene, como ela está se movendo, vai andar uma distância até produzir outro barulho de sirene, e assim por diante.
Com isso, teremos o que a imagem mostra, e, assim, é fácil ver que:
Para o observador A (ambulância se afastando), as ondas estão mais espaçadas umas das outras (frequência mais baixa);
Para o observador B (ambulância se aproximando), as ondas estão menos espaçadas umas das outras (frequência mais alta).
Fórmulas para o Efeito Doppler
Temos quatro situações diferentes, que estão listadas abaixo.
Se, em qualquer um dos casos, o observador estiver parado, basta zerar a velocidade \(v_{o}\). O mesmo vale se a fonte estiver parada, basta zerar a velocidade \(v_{f}\).
1. Fonte e observador se aproximando
Na figura acima, vemos o esquema da fonte e do observador para este caso.
\(f_{a}\) é a frequência aparente percebida pelo observador;
f é a frequência real;
V é a velocidade do som (340 m/s);
\(V_{o}\) é a velocidade que o observador se movimenta;
\(V_{f}\) é a velocidade que a fonte se movimenta;
2. Fonte e observador se afastando
3. Fonte e observador indo para a direita
4. Fonte e observador indo para a esquerda
Podemos generalizar todas as fórmulas na seguinte:
O sinal do numerador vai ser positivo se o observador estiver se aproximando, e negativo se o observador estiver se afastando.
O sinal do denominador vai ser positivo se a fonte estiver se afastando, e negativo se a fonte estiver se aproximando.
Efeito Doppler em qualquer direção
Na figura acima, temos um esquema do efeito doppler em qualquer direção.
Quando temos a fonte se movimentando em qualquer direção, teremos a seguinte fórmula:
\(\theta\) é o ângulo que o vetor da direção da fonte faz com o eixo x;
O Efeito Doppler também ocorre para ondas eletromagnéticas, como a luz.
Quando a fonte e o receptor estão se aproximando, ou seja, a distância entre eles está diminuindo, a luz tende para o azul (frequência aumenta). Por outro lado, quando a fonte e o receptor estão se afastando, ou seja, a distância entre eles está aumentando, a luz tende para o vermelho (frequência diminui).
Essa característica é muito importante para a astronomia, já que, com o desvio da luz para o vermelho, ou azul, podemos ver se os astros estão se aproximando ou se afastando.
Foi observado que os corpos celestes tendem a ter um desvio para o vermelho, e isso nos mostra que o universo está em expansão.
Uma ambulância A em movimento retilíneo e uniforme aproxima-se de um observador O, em repouso. A sirene emite um som de frequência constante f_{a}. O desenho ilustra as frentes de onda do som emitido pela ambulância. O observador possui um detector que consegue registrar, no esboço de um gráfico, a frequência da onda sonora detectada em função do tempo f_{o}(t), antes e depois da passagem da ambulância por ele.