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En el Valle de Sula UNAH-VS Departamento de F´ısica
Practica No. 3 LF 210
EFECTO DOPPLER
Objetivos
- Mediante el uso del simulador analizar los distintos casos del efecto Doppler variando ciertos parametros ya sea velocidades o frecuencias.
- Analizar como varia la frecuencia recibida a los cambios de temperatura y presion en el medio por donde viajan las ondas.
Marco Teorico
El efecto Doppler es el fen´omeno por el cual la frecuencia de las ondas percibida por un observador var´ıa cuando el foco emisor o el propio observador se desplazan uno respecto al otro, en otras palabras es el aparente cambio de frecuencia de una onda producida por el movimiento relativo de la fuente en relaci´on a su observador. Si queremos pensar en un ejemplo de esto es bastante sencillo.
Seguramente m´as de una vez hayas escuchado la sirena de un coche polic´ıa o de una ambulancia pasar frente a ti. Cuando el sonido se encuentra a mucha distancia y comienza a acercarse es sumamente agudo hasta que llega a nosotros.
Cuando se encuentra muy cerca nuestro el sonido se hace distinto, lo escuchamos como si el coche estuviera parado. Luego cuando contin´ua su viaje y se va alejando lo que escuchamos es un sonido mucho m´as grave.
Esto ocurre ya que las ondas aparentan comenzar a juntarse al mismo tiempo que el coche se dirige hacia una direcci´on. La imagen de abajo explica mejor esta idea sobre las ondas y la velocidad de los coches.
Figura 1: Efecto Doppler
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Practica No. 3 LF 210
Como pueden ver en la imagen 1, el micr´ofono capta el sonido producido por el coche verde con una onda menos intensa y menos aguda, lo mismo que pasar´ıa si nosotros estuvi´esemos en el lugar del micr´ofono. Por otro lado, el coche anaranjado que va avanzando presenta ondas con mucha m´as intensidad y por tanto tambi´en mucho m´as agudas.
Si una fuente puntual emite ondas sonoras y el medio es uniforme, las ondas se mueven con la misma rapidez en todas direcciones, se alejan radialmente de la fuente; el resultado es una onda esf´erica.La distancia entre frentes de onda adyacentes es igual a la longitud de onda λ,los c´ırculos son las intersecciones de estos frentes de onda tridimensionales con el papel en dos dimensiones. Sean f la frecuencia de la fuente,λ la longitud de onda y v la rapidez del sonido.
Casos
- Fuente y observador en reposo en este caso la frecuencia que percibe el observador es la misma de la fuente.
- Observador en movimiento hacia la fuente en este caso esta dado por la siguiente relacion: f
′ o =
v + v 0 v
fs (1)
- Observador alej´andose de la fuente en este caso esta dado por la siguiente relacion:
f
′ o =
v − v 0 v
fs (2)
- Fuente m´ovil hacia el observador en este caso esta dado por la siguiente relacion:
f ′ o =
v v − vs
fs (3)
- Fuente que se aleja del observador en este caso esta dado por la siguiente relacion:
f
′ o =
v v + vs
fs (4)
- Fuente y observador en movimiento la ecuaci´on en este caso esta dada por:
f ′ o =
v ± v 0 v ∓ vs
fs (5)
Donde:
- f ′ o: Frecuencia percibida por el receptor.
- fs : Frecuencia emitida por la fuente.
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Practica No. 3 LF 210
Velocidad vs(m/s) 7 14 21 28 35
Frecuencia f ′ o(Hz)
Tabla 1: Frecuancia de la fuente 100 Hz(Constante)
- Hacer mediciones con nuestro emisor en reposo (vs = 0m/s) y variando la velocidad de nuestro receptor para calcular la frecuencia del receptor, hacer uso de la velocidad del sonido propuesta en la practica.
Velocidad v 0 (m/s) 8 16 24 30 35
Frecuencia f (^) o′(Hz)
Tabla 2: Frecuancia de la fuente 100 Hz(Constante)
- Repetir el mismo procedimiento anterior pero ahora con los siguientes valores propues- tos:
Velocidad v 0 (m/s) -7 -14 -21 -28 -
Frecuencia f ′ o(Hz)
Tabla 3: Frecuancia de la fuente 100 Hz(Constante)
- Realizar las mediciones para los siguientes valores,Calcular la frecuencia del receptor f (^) o′
Velocidad v 0 (m/s) -7 -14 -21 -28 -
Velocidad vs(m/s) 5 10 15 25 35
Frecuencia f ′ o(Hz)
Tabla 4: Frecuancia de la fuente 100 Hz(Constante)
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Practica No. 3 LF 210
- Repetir el procedimiento anterior con los siguientes datos,Calcular la frecuencia del receptor f ′ o
Velocidad v 0 (m/s) 7 14 21 26 35
Velocidad vs(m/s) 3 8 15 30 35
Frecuencia f ′ o(Hz)
Tabla 5: Frecuancia de la fuente 100 Hz(Constante)
Calculos y analisis de resultados
- Con la ayuda de la ecuacion 1,2,3, y 5, calcular tres valores de cada tabla y compararlos con sus respectivas tablas con la ayuda del Error experimental, tomar en cuenta la direccion que tenia cada uno al momento de hacer las mediciones.
- Investigar como la temperatura y presion afecta al la velocidad del sonido.
- Relizar el calculo del Error experimental de la tabla 1,2,3 con las ayudas de las ecuaciones propuestas y considerando la velocidad del sonido a v = 343. 2 m/s a 20◦C, realizar solamente tres calculos de cada tabla.
- Con el inciso anterior,¿Se logro apreciar un cambio?, explique su respuesta.
- Abrir el siguiente link https://www.youtube.com/watch?v=fI0SwkHF_LI con el video propuesto y contestar el siguiente cuestionario - ¿Por qu´e los transductores que emiten ondas a elevadas frecuencias obtienen poca profundidad? ¿Qu´e rango de frecuencia? Mencione dos aplicaciones - ¿Qu´e caracter´ısticas deben tener los transductores usados en ecocardiograf´ıas? - Anote la expresi´on del efecto Dopple dada en el video. ¿Qu´e pasa cuando el objeto emisor se aleja/ acerca de la fuente receptora? - Para obtener mejores resultados ¿Como debe ser el haz de Ultrasonido respecto al fluido en estudio? - ¿Para detectar una estenosis a´ortica usar´ıa el modo Doppler Pulsado o Continuo? Explique - Compare las dos ventanas espectrales (Modo Doppler Pulsado/ Continuo) obteni- das en el ejemplo de la pregunta 5. Pegue una ilustraci´on - Explique el Modo Dopler Tisular
