El efecto Doppler es un fenómeno físico que se puede apreciar en la vida cotidiana con relativa facilidad, sólo se necesita una fuente de sonido que se mueva.

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¿Alguna vez has estado esperando tranquilamente el metro cuando de pronto este llega haciendo sonar su sonido característico? Más aún, ¿has notado que dicho sonido parece ser más fuerte y agudo cuando se va acercando, que cuando ya ha pasado en frente de ti y se aleja? Si no lo has experimentado, no te preocupes, puedes hacerlo con cualquier fuente de sonido que se encuentre en movimiento (una ambulancia, un coche tocando el claxon, etcétera) y al hacerlo, notar estas diferencias en el tono del sonido, entonces estarás experimentando el efecto Doppler.

Formalmente el efecto Doppler es la disminución o incremento de la frecuencia de la onda de sonido que mide (en este caso la medición la efectuamos con nuestros oídos) un receptor cuando una fuente se acerca o se aleja de nosotros, cuando se acerca el sonido parece ser más agudo (la frecuencia aumenta) y cuando se aleja parece ser más grave (la frecuencia disminuye). Pero ¿por qué pasa esto?  Dividamos el estudio en dos casos: cuando una fuente de sonido se acerca y cuando una fuente se aleja.

Primero, establezcamos lo que define a una onda, su frecuencia y su longitud de onda. En realidad, estos dos parámetros están relacionados uno con el otro de manera inversamente proporcional, esto quiere decir que, si la frecuencia sube, la longitud de onda baja y conversamente, esto es básicamente todo lo que necesitamos para entender el efecto Doppler.

Imaginemos a un receptor en reposo, esto quiere decir que no se mueve. Después imaginemos que una fuente de sonido se acerca a una cierta velocidad y hacia el receptor. Lo que provoca que se escuche un tono más agudo es que al estar acercándose, lo que percibe el receptor es que la longitud de onda del sonido que está llegando a él, se está haciendo cada vez más pequeña, aumentando así su frecuencia y haciendo que el receptor note un sonido más agudo.

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Pero ¿por qué se hace más pequeña? Realmente no lo hace, sólo es la percepción del receptor, que empieza a escuchar el sonido con cierta longitud de onda, pero conforme se acerca la fuente es como si esta estuviera en “una carrera de velocidad” con el propio sonido que emitió, pero como sigue emitiendo sonido entonces la onda se acorta porque ahora la fuente se mueve con ella. Esto está representado esquemáticamente en la figura 1.

Ahora, el caso cuando la fuente se aleja es totalmente análogo, imaginemos una fuente moviéndose a velocidad v, pero que ahora se aleja del receptor. Ahora lo que sucede es lo contrario, el receptor percibe que la onda aumenta su longitud de onda ya que primero escucha el sonido “natural” de la fuente, pero como esta se aleja de él, la onda de sonido hace cada vez más larga su longitud de onda hasta llegar a 0, de tal manera que el receptor ya no escucha nada.

Este efecto fue descrito por primera vez en el siglo diecinueve por el físico austriaco Christian Doppler, en el marco del estudio de las ondas mecánicas que no sólo son sonido, también las ondas en el agua, las vibraciones de una cuerda, toda onda que necesite un medio material para propagarse.

La importancia del efecto Doppler es tal que al pasar los años se sigue ocupando para realizar física de frontera (la física de frontera es aquella que se hace actualemnte, estudiando lo que sabemos para descubrir nuevo conocimiento), ya que este se presenta no sólo con las ondas mecánicas, sino también con las ondas electromagnéticas, por ejemplo, la luz visible. Haciendo que con los avances actuales en la física, este mismo principio se ocupe para “enfriar” átomos o simplemente para observar efectos relativistas en las señales de los satélites.

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Así, notamos que toda la física clásica que se enseña desde la educación secundaria, tiene un impacto importantísimo dentro de la investigación de alto nivel, ya que podemos tomar principio ya estudiados y aplicarlos (con su debida proporción) a cosas mucho más complejas.

Fuentes:

Young, H. D., & Freedman, R. A. (2009). Sears-Zemansky física universitaria.