Efeito Doppler

Entenda um pouco mais sobre o efeito Doppler, como a equação é determinada e entenda como utilizar essa equação em exercícios voltados para os vestibulares.

Quando olhamos para o céu, à primeira vista, nos parece que as estrelas estão paradas. Porém, na prática não é bem isso que ocorre. O universo como um todo está em um processo de expansão. Dessa forma, algumas estrelas podem estar se aproximando ou se afastando de nós.

Da mesma maneira, temos a percepção de que o som de uma ambulância se aproximando é aguda e quando ela se afasta fica grave. Esses dois fenômenos são explicados pelo efeito Doppler, assunto que iremos estudar e compreender a seguir.

O que é o efeito Doppler

iStock

A princípio, o efeito Doppler ocorre quando existe uma velocidade relativa entre a fonte que emite as ondas sonoras e o observador. Usaremos aqui o meio onde a onda se propaga como referencial, pois toda velocidade é relativa a um determinado referencial.

Tendo isso em vista, o efeito Doppler é o fenômeno pelo qual um observador percebe uma frequência diferente da que é emitida pela fonte por conta desse movimento relativo já mencionado. Frequentemente, ele é utilizado em situações onde se deseja saber a velocidade de afastamento ou de aproximação de algum objeto em estudo.

Fórmula do efeito Doppler

Todo Estudo

Antes de mais nada, vamos dar significado para as letras que aparecem na imagem anterior. Temos:

  • O1 e O2: observadores;
  • vo: velocidade do observador;
  • vF: velocidade da fonte;
  • v: velocidade do som
  • F: fonte sonora;
  • λ: comprimento de onda;

Na sequência, para conseguirmos chegar na equação geral do efeito Doppler, vamos considerar a situação em que ambos (observador e fonte da onda) estão em movimento.

Pelas regras de composição de movimentos, a velocidade da onda em relação a velocidade da fonte (vonda,F) e do observador (vonda,obs) é definida da seguinte forma:

vonda,F = v ± vF
vonda,obs = v ± vo

Segundo a equação do comprimento de onda (λ=velocidade/frequência), podemos relacionar a frequência percebida pelo observador (fo) com a frequência real emitida pela fonte (fF).

O comprimento de onda é o mesmo para ambos, pois estão envoltos no mesmo meio. Juntamente com velocidade da onda em relação a fonte e ao observador, obtemos:

Igualando essas duas equações, obtemos a equação geral do efeito Doppler:

Os sinais negativo/positivo da equação dependem da direção das velocidades do observador e da fonte:

Caso vo e vF estejam na mesma direção, o é sinal positivo (+);
Já no outro caso, utilizamos o sinal negativo (-).

Em suma, essa equação pode ser utilizada para determinar a velocidade de afastamento de um carro, a frequência da onda emitida, entre muitas outras coisas.

Efeito Doppler na luz

iStock

Os primeiros estudos com efeito Doppler sobre a luz foram realizados por Fizeau no século XIX e foi observado que a luz proveniente das estrelas, por efeito Doppler, emitiam radiações com as cores se deslocando para o vermelho.

Logo, se confirmou a teoria de que o Universo estava em um processo de expansão, pois o deslocamento para o vermelho mostrou o afastamento relativo entre as galáxias.

Aplicações do efeito Doppler

Anteriormente já foram citados alguns exemplos da ocorrência desse efeito, como a sirene de uma ambulância em movimento e as estrelas. Veja alguns outros:

  • Radar de velocidade: o radar utiliza radiofrequências ou lasers para medir a velocidade de um carro em movimento.
  • Medidor Doppler de escoamento: esse aparelho mede a velocidade do fluxo sanguíneo. Do mesmo modo, também detecta o coração de um feto de 8 – 10 semanas.

Viu só como podemos encontrar algumas aplicações práticas no nosso dia a dia para o efeito Doppler?

Entenda mais sobre efeito Doppler

Logo depois de vermos a teoria, podemos aprofundar um pouco mais nosso conhecimento a partir dos vídeos a seguir:

Conceituação básica de efeito Doppler

De forma sintética, o vídeo faz uma introdução teórica sobre o efeito Doppler aplicado apenas às ondas sonoras.

O efeito Doppler para a luz

Já aqui, você acompanha a conceituação do efeito Doppler nas ondas eletromagnéticas, complementando o vídeo anterior.

Aplicação do efeito Doppler

Por fim, um vídeo que contextualiza uma questão de vestibular sobre o assunto estudado, abordando ainda uma aplicação prática do efeito Doppler: o radar.

Os vídeos são um auxílio para os estudos, mas é sempre importante ter um conhecimento da teoria antes do aprofundamento nos vídeos. Agora você já tem as duas coisas, que tal exercitar?

Referências

Kazuhito Yamamoto, Física para o ensino médio, vol. 1 : mecânica;

Wilson Carron, As faces da física : volume único.

Guilherme Santana da Silva
Por Guilherme Santana da Silva

Graduando no curso de Física pela Universidade Estadual de Maringá. Professor assistente em um colégio de ensino médio e preparatório para os vestibulares. Nas horas vagas se dedica a vida religiosa, a pratica do mountain bike, a tocar bateria, dar atenção a família e a cuidar de suas duas gatinhas Penélope e Mel.

Exercícios resolvidos

1. [FGV]

Um carro trafega a 20 m/s em uma estrada reta. O carro se aproxima de uma pessoa, parada no acostamento, querendo atravessar a estrada. O motorista do carro, para alertá-la, toca a buzina, cujo som, por ele ouvido, tem 640 Hz. A frequência do som da buzina percebida pela pessoa parada é, aproximadamente,

Considere: a velocidade do som no ar é igual a 340 m/s e não há vento.

a) 760 Hz

b) 720 Hz

c) 640 Hz

d) 600 Hz

e) 680 Hz

Partindo da equação geral do efeito Doppler, podemos eliminar a velocidade do observador, pois ele se encontra parado na estrada. Como ocorre aproximação da fonte com o observador, o sinal para a velocidade relativa do som e da fonte será negativo, uma vez que os dois vetores estão direcionados para o observador. Dessa forma, teremos:

RESPOSTA: e)

2. [UFU-MG]

Observando-se o espectro da luz emitida por galáxias distantes, observou-se uma variação de cores. A freqüência das cores recebidas está diminuindo, aproximando-se da freqüência da luz vermelha, o que indica um afastamento da fonte emissora das radiações. Assim, os cientistas concluíram que as galáxias estão se afastando de nós com grande velocidade. Os cientistas chegaram a essa conclusão, baseando-se:

a) no efeito Doppler

b) na lei de Coulomb

c) no efeito fotoelétrico

d) no princípio de Huygens

e) na hipótese de Broglie

Essa conclusão foi alcançada com a ajuda do efeito Doppler, pois é com ele que se demonstra que as galáxias estão emitindo radiação com decaimento para o vermelho.

RESPOSTA: a)

Compartilhe nas redes sociais

TOPO