El Efecto Doppler en la Física Clásica y en la
Física Relativista
La sirena de la ambulancia y el bicho en el
estanque
Todos hemos notado que la altura (una de las características de un
sonido) de la sirena de una
Ambulancia que se aproxima se reduce bruscamente cuando la ambulancia
pasa al lado nuestro para alejarse. Esto es lo que se llama "Efecto
Doppler". El fenómeno fue descripto por primera vez por el matemático y
físico austríaco Christian Doppler (1803-1853). El cambio de altura se llama en
Física "desplazamiento de la frecuencia" de las ondas sonoras. Cuando
la ambulancia se acerca, las ondas provenientes de la sirena se comprimen, es
decir, el tamaño de las ondas disminuye, lo cual se traduce en la percepción de
una frecuencia o altura mayor. Cuando la ambulancia se aleja, las ondas se
separan en relación con el observador causando que la frecuencia observada sea
menor que la de la fuente. (El efecto se puede ver más claramente en un applet de
Walter Fendt.) Por el cambio en la altura de la sirena, se puede saber si la misma
se está alejando o acercando. Si se pudiera medir la velocidad de cambio de la
altura, se podría también estimar la velocidad de la ambulancia.
Una fuente emisora de ondas sonoras que se
aproxima, se acerca al observador durante el período de la onda. Y, dado la
longituda de la onda se acorta y la velocidad de propagación de la onda
permanece sin cambios, el sonido se percibe más alto. Por esta misma razón, la
altura de una fuente que se aleja, se reduce.
El Efecto Doppler se observa en ondas de todo
tipo (ondas sonoras, ondas electromagnéticas, etc.). Consideremos el caso de
las ondas en la superficie del agua: supongamos que en el centro de un estanque
hay un bicho moviendo sus patas periódicamente. Si las ondas se originan en un
punto, se moverán desde ese punto en todas direcciones. Como cada perturbación
viaja por el mismo medio, todas las ondas viajarán a la misma velocidad y el
patrón producido por el movimiento del bicho sería un conjunto de círculos
concéntricos como se muestra en la figura. Estos círculos alcanzarán los bordes
del estanque a la misma velocidad. Un observador en el punto A (a la izquierda)
observaría la llegada de las perturbaciones con la misma frecuencia que otro B
(a la derecha). De hecho, la frecuencia a la cual las perturbaciones llegarían
al borde sería la misma que la frecuencia a la cual el bicho las produce. Si el
bicho produjera, por ejemplo, 2 perturbaciones por segundo, entonces cada
observador detectaría 2 perturbaciones por segundo.
Ahora supongamos que el bicho estuviera
moviéndose hacia la derecha a lo largo del estanque produciendo también 2
perturbaciones por segundo. Dado que el bicho se desplaza hacia la derecha,
cada perturbación se origina en una posición más cercana a B y más lejana a A.
En consecuencia, cada perturbación deberá recorrer una distancia menor para
llegar a B y tardará menos en hacerlo. Por lo tanto, el observador B registrará
una frecuencia de llegada de las perturbaciones mayor que la frecuencia a la
cual son producidas. Por otro lado, cada perturbación deberá recorrer una
distancia mayor para alcanzar el punto A. Por esta razón, el observador A
registrará una frecuencia menor. El efecto neto del movimiento del bicho
(fuente de las ondas) es que el observador hacia el cual se dirige observe una
frecuencia mayor que 2 por segundo y el observador del cual se aleja perciba
una frecuencia menor que 2 por segundo.
El Efecto Doppler se observa siempre que la
fuente de ondas se mueve con respecto al observador. Es el efecto producido por
una fuente de ondas móvil por el cual hay un aparente desplazamiento de la
frecuencia hacia arriba para los observadores hacia los cuales se dirige la fuente
y un aparente desplazamiento hacia abajo de la frecuencia para los observadores
de los cuales la fuente se aleja. Es importante notar que el efecto no se debe
a un cambio real de la frecuencia de la fuente. En el ejemplo anterior, el
bicho produce en los dos casos 2 perturbaciones por segundo; sólo aparentemente
para el observador al cual el bicho se acerca parece mayor.El efecto se debe a
que la distancia entre B y el bicho se reduce y la distancia a A aumenta.
NOTA:
El efecto Doppler no sólo se aplica a los
sonidos. Funciona con todo tipo de ondas. Esto incluye la luz. Edwin Hubble usó
el efecto Doppler para determinar que el universo. se está expandiendo. Hubble
encontró que la luz de galaxias distantes está corrida hacia frecuencias más
elevadas, hacia el rojo final del espectro. A esto se le conoce como el
desplazamiento Doppler, o cómo desplazamiento al rojo. Si las galaxias se
estuviesen acercando, la luz se desplazara al azul.
EFECTO
Con
origen en el término latino effectus, la palabra efecto presenta una amplia
variedad de significados y usos, muchos de ellos vinculados a la
experimentación de carácter científico. Su acepción principal presenta al
efecto como a aquello que se consigue como consecuencia de una causa. El
vínculo entre una causa y su efecto se conoce como causalidad.
Para
la física, un efecto constituye un fenómeno que se genera por una causa
específica y que aparece acompañado de manifestaciones puntuales que pueden ser
establecidas de forma cualitativa y cuantitativa.
El
efecto es también la impresión que un acontecimiento o una circunstancia
sorpresiva deja en el ánimo de las personas. Por otra parte, el efecto es la
trayectoria compleja que puede tomar una pelota cuando es impulsada con
habilidad por un jugador de fútbol, baloncesto o billar, entre otros deportes.
Los
efectos especiales (también conocidos como FX) son empleados en el cine y el
ámbito de la televisión para rodar escenas que no se pueden conseguir por
medios normales o son demasiado peligrosas (como un viaje al espacio o una gran
explosión). La técnica para la creación de efectos digitales es conocida como
postproducción.
Por
otra parte, se conoce como efecto invernadero al fenómeno que provoca que
ciertos gases, como el dióxido de
carbono y el metano, retengan una parte de la energía que se desprende
del suelo cuando éste ha sido calentado a través de la radiación solar.
En
sí mismo el efecto invernadero no es negativo, de hecho, gracias a su
existencia es que es posible que en el planeta exista la vida (reteniendo parte
de la energía del sol y creando un micro clima adecuado para el crecimiento de
la vida en todas sus formas conocidas); sin embargo, las acciones del ser
humano sobre el planeta están provocando que este elemento natural e
imprescindible para la existencia del planeta, se convierta en algo negativo. Y
lo ha hecho al eliminar ciertos gases a la atmósfera que en gran cantidad son
nocivos, como el dióxido de carbono o el metano, cuya consecuencia es el
aumento en la temperatura del ambiente.
Cabe
señalar que al efecto invernadero negativo, los científicos prefieren
denominarlo cambio climático, para que no se confundan ambos conceptos cuyas
características son absolutamente opuestas.
Otra
acepción del término es la de efecto dominó, que hace referencia a aquellos
sucesos que son desencadenados de forma sistemática cuando un hecho recibe el
impacto espacial y temporal y adquiere consecuencias más importantes. Para que
exista, es necesario que se presente previamente un accidente primario que se
desarrolla en una determinada ubicación, también primaria (puede tratarse de un
simple accidente). Este accidente es el encargado de inducir otros accidentes
de tipo secundarios, que afectan a una instalación secundaria y que aumentan
las consecuencias del accidente primario.
Por
ejemplo, el simple choque de un coche en la carretera con otro que se hallaba
parado, puede provocar que todos los coches que venían detrás de él se agolpen
accidentalmente unos contra otras, convirtiendo aquel simple accidente en lo
que se llama choque en cadena.
El
efecto Doppler, por su parte, es el término con el que se identifica la
extensión de una onda de luz o sonido que fue provocada por un determinado
movimiento. Se llama así porque quien lo descubrió fue el físico Christian J.
Doppler (Austria-1803). Para poner un ejemplo de este concepto podemos pensar
en el sirena de una ambulancia, que a medida que pasa el tiempo y el automóvil
se acerca al punto en el que nos encontramos, el sonido se hace más agudo,
aumentando por ende la frecuencia, y a medida que se aleja se vuelve más grave
(entonces desciende la frecuencia).
Por
último, cabe destacar que efecto mariposa es un concepto que se refiere a la
sensibilidad de las condiciones que en un primer momento se detectan en un
sistema. La noción supone que la más pequeña alteración respecto al estado de
un sistema puede generar que éste evolucione en formas totalmente distintas.
Por eso, una pequeña perturbación inicial, mediante un proceso de
amplificación, puede generar un efecto muy grande.
El
falsacionista considera que la ciencia es un conjunto de hipótesis que se
proponen a modo de ensayo con el propósito de describir o explicar de manera
precisa el comportamiento de algún aspecto de la naturaleza. Sin embargo, no
todas las hipótesis lo consiguen. Hay una condición fundamental que cualquier
hipótesis (o sistema de hipótesis) debe cumplir con vistas a conseguir el
estatus de teoría o ley científica. Si ha de formar parte de la ciencia,
una hipótesis ha de ser falsable o refutable.
Os
recordamos que, como en los post precedentes de este curso, seguimos el hilo
argumental que el filósofo Chalmers proporcionó en su monografía. ¿Qué es esa
cosa llamada ciencia?, sin que ello quiera decir que coincidamos con todas sus
ideas, ni las expongamos como tales aquí. En entregas sucesivas iremos
divergiendo de paulatinamente de las mismas.
Una
hipótesis es falsable si existe un enunciado observacional (o un conjunto
de enunciados observacionales), lógicamente posibles, que sean incompatibles
con ella, esto es: que en caso de ser establecidos como verdaderos, refutarían
tal propuesta. El falsacionista exige que las hipótesis científicas sean
falsables, se decir que puedan obtenerse enunciados (datos científicos) que la
contradigan Kart Popper, fundador de la escuela falsacionista, afirmó que, al
menos algunas versiones de la teoría de la historia de Marx, el psicoanálisis
freudiano (sobre la que insiste obsesivamente), etc. no pueden ser
refutadas. Para que una teoría posea, un contenido informativo, ha de
correr el riesgo de poder ser falsada.
RACIONALISMO
CRÍTICO
En
la investigación científica se utiliza el método de ensayo
y de eliminación del error y poner a prueba las hipótesis.
Todo
ensayo, aun con intuición tiene la naturaleza de una conjetura o de una
hipótesis; en el nivel científico, los descubrimientos son
revolucionarios, creadores y deben ser objetos abiertos
a investigación en consecuencia a la ciencia, el progreso o el
descubrimiento científico dependen de la instrucción y
la selección de un elemento conservador o histórico y del uso
revolucionario del ensayo y la eliminación del error mediante la critica
buscando refutar las teorías.
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