Effetto Doppler
Che cos'è l'effetto Doppler?
L'effetto Doppler è un fenomeno che interessa le onde periodiche ed in particolare comporta una variazione della frequenza percepita ogni qual volta un osservatore rileva la frequenza dell'onda mentre si trova in moto.
Tale fenomeno fu studiato per la prima volta dal fisico austriaco Doppler ed è applicabile alle onde sonore e a quelle elettromagnetiche.
Per quanto riguarda il caso delle onde sonore, l'effetto Doppler è sperimentabile quotidianamente quando ad esempio sentiamo arrivare verso di noi o allontanarsi una sirena.
Dobbiamo distinguere due casi per poter analizzare il fenomeno:
- caso della sorgente ferma ed osservatore in movimento
- caso della sorgente in moto ed osservatore fermo
In ogni caso si considera il mezzo in cui si propaga l'onda, cioè l'aria, come sistema di riferimento fisso rispetto al quale calcolare le velocità.
Sorgente ferma ed osservatore in movimento
Consideriamo una sorgente fissa che emette un suono di frequenza f. Indichiamo con v la velocità del suono nell'aria, che ricordiamo essere di circa 340 m/s a temperatura ambiente, e con f' la frequenza percepita dal ricevitore.
Detta voss la velocità dell'osservatore avremo che:
f' = [(v ± voss) / v] · f
Se l'osservatore si avvicina alla sorgente si sceglierà il segno + e risulterà che la frequenza percepita f' sarà maggiore di quella emessa f:
f' = [(v + voss) / v] · f
Se invece l'osservatore si allontana dalla sorgente si sceglierà il segno - e risulterà che la frequenza percepita f' sarà minore di quella emessa f:
f' = [(v - voss) / v] · f
Sorgente in movimento ed osservatore fermo
Consideriamo una sorgente in movimento che emette un suono di frequenza f.
Indichiamo con v la velocità del suono nell'aria, che ricordiamo essere di circa 340 m/s a temperatura ambiente, e con f' la frequenza percepita dal ricevitore.
Detta vsor la velocità della sorgente avremo che:
f' = [v / (v ± vsor)] · f
Se la sorgente si avvicina all'osservatore si sceglierà il segno - e risulterà che la frequenza percepita f' sarà maggiore di quella emessa f:
f' = [v / (v - vsor)] · f
Se invece la sorgente si allontana dall'osservatore si sceglierà il segno + e risulterà che la frequenza percepita f' sarà minore di quella emessa f:
f' = [v / (v + vsor)] · f
Applicazioni dell'effetto Doppler
L'effetto Doppler è alla base del funzionamento di molti dispositivi tecnologici che sfruttano proprio il fatto che il movimento di un corpo provoca la distorsione della frequenza di un'onda riflessa.
I sensori di movimento rilevano il movimento di un corpo in avvicinamento attraverso l'emissione di onde radio che investendo il corpo in movimento vengono riflesse e quindi la frequenza dell'onda ricevuta è diversa rispetto a quella emessa. Stesso principio di funzionamento per le porte automatiche.
Anche alcuni autovelox, i dispositivi per la rilevazione della velocità dei veicoli, si basa sull'effetto doppler. Attraverso la misurazione della variazione di frequenza nel caso sorgente ferma e corpo in movimento, si può calcolare la velocità del corpo che si sta spostando.
Infine in medicina è molto utile il cosiddetto esame eco-doppler, ovvero un'ecografia che sfrutta l'effetto doppler per rilevare le differenti velocità di deflusso del sangue lungo arterie e vene e constatare dunque se ci sono problemi di circolazione od ostruzioni nei vasi sanguigni.
Red shift
L'effetto Doppler riguarda tutti i tipi di onde, non solo quelle sonore per cui rileviamo il cambiamento di tono ad esempio di una sirena in avvicinamento.
In particolare, per le onde elettromagnetiche il fenomeno prende il nome di red shift o spostamento verso il rosso.
Per maggiori info: red shit.
Eserizi sull'effetto Doppler
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