Doppler
12 feb, 2013
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PDFCambiando frecuencias
PRESENTACIÓN: Se coloca un diapasón en el extremo de un hilo que se hace rotar en círculos. El sonido pulsante que se escucha es diferente de la nota pura que emite el diapasón cuando está en reposo relativo. La frecuencia del sonido emitida se hace más alta cuando se acerca al observador y más baja cuando se aleja de él.
- Doppler frequency shift of sound apparatus, Walter Schier, Phys. Teach. 49, 246 (2011)
- Noise Doppler-Shift Measurement of Airplane Speed, Ivan F. Costa and Alexandra Mocellin, Phys. Teach. 45, 356 (2007)
INTRODUCCIÓN: El efecto Doppler, llamado así por el austríaco Christian Andreas Doppler, es el aparente cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento relativo entre la fuente, el emisor y/o el medio. En la vida cotidiana observamos dicho efecto constantemente. Un claro ejemplo es cuando una ambulancia (con la sirena encendida) se acerca a nosotros, llega a nuestra altura y nos pasa.
OBJETIVO: Producir el efecto Doppler con una fuente de sonido constante que produce una onda armónica cuadrada.
MATERIALES: altavoz, pila 9V, placa de circuitos, oscilador, 3 resistencias, condensador electrolítico, condensador cerámico, chip 555N, 1 brida, 1 cuerda.
MONTAJE: En la placa de circuitos montamos el oscilador, las resistencias el chip y los condensadores, los alimentamos con la pila y lo conectamos al altavoz, de esta forma obtenemos nuestra fuente de sonido. Para la experiencia ataremos la brida al aparato y a ella la cuerda.
EXPLICACIÓN: Las ondas de sonido se propagan en todas direcciones. Cuando la fuente emisora está estática las ondas se desplazan concéntricamente y éste llega sin cambios de tono a una persona que se encuentre cerca. Ahora bien, si la fuente se está desplazando, las ondas de sonido que despide por ejemplo nuestro pequeño invento, se «amontonan» en la dirección del movimiento. Esto hace que una persona ubicada digamos a unos 50 m adelante del móvil perciba mayor número de ondas por unidad de tiempo y esto se traduce como un sonido con tono agudo, pero también ocurre a la inversa, cuando el móvil se aleja, las ondas que van quedando atrás en dirección a la persona se separan más unas de otras, es decir llegan menos ondas por unidad de tiempo lo cual se traduce como un sonido grave. Nosotros haremos girar nuestra fuente de sonido para esta experiencia.
CONCEPTOS: efecto Doppler, onda armónica cuadrada, frecuencia, tono.
MÁS INFORMACIÓN:
TEXTOS:
- Tipler P.A. Física. Barcelona: Reverté, 2010.
- De Juana J.M., Física General, Pearson, 2009.
- Serway R.A y J.W.Jewett. Física, Thomson-Paraninfo, 2010.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
ALUMNADO 2010-2011: Marcos González, Andrea Gómez, Atanasio Gerassis.
ENLACE pdf ALUMNADO:
51 responses to "Doppler"
Este concepto es esencial en el desarrollo de la oceanografía física. Teniendo en cuenta esta propiedad se han desarrollado aparatos que nos permiten medir las velocidades a lo largo de la columna de agua. Estos aparatos se denominan perfiladores de corrientes acústico Doppler (ADCP, “Acoustic Doppler Current Profiler”). Sirven tanto para muestrear en ríos como en océano. Pueden estar fijos en un punto midiendo la variación de la corriente en ese lugar como ir en una plataforma móvil (ej. en la quilla de un buque) e ir midiendo las corrientes en la trayectoria de navegación.
O efecto Doppler recórdame ao meu inicio na secundaria. Deume por preguntarlle ao profesor por qué a ambulancia se escoitaba diferente cando viña respecto a cando marchaba. El aludiu ao efecto Doppler e nese momento non o compredín demasiado ben. Lendo este artigo cheguei a comprender realmente ao que se refería ese profesor.
Como decía el Doctor Sheldon Copper en «The Big Bang Theory»; el efecto Doppler es el aparente cambio de frecuencia de onda causado por el movimiento relativo de la fuente con respecto al observador.
En este vídeo se puede ver una explicación de cómo actúan las ondas para emitir el sonido que nosotros escuchamos, al final del vídeo, pone un ejemplo (similar al que dice Xandre en el comentario anterior) pero con el sonido del claxon de un coche.
Este término también es muy conocido por los químico-físicos, ya que el efecto Doppler es el causante del ensanchamiento de las bandas en la espectrometría molecular lo que provoca una peor resolución a la hora de identificar compuestos. Las moléculas de gas que se estudian se mueven en todas direcciones y por lo tanto poseen un movimiento relativo respecto a la radiación, lo que implica que se vean absorciones y emisiones en un intervalo de frecuencia y no en un valor único.
Una de las aplicaciones más importantes del Efecto Doppler es la del radar (sistema electrónico que permite detectar objetos fuera del alcance de la vista y determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio). El radar Doppler, que se utiliza a menudo para medir la velocidad de objetos como un coche o una pelota, transmite con una frecuencia constante. Las señales reflejadas por objetos en movimiento respecto a la antena presentarán distintas frecuencias a causa del efecto Doppler.
He seguido leyendo acerca de este efecto, ya que he encontrado que tiene muchas aplicaciones, y aquí os dejo un enlace donde explica cómo funciona en el uso de ultrasonidos durante el embarazo, para detectar el sexo de los bebes, entre otras cosas.
Es curioso que el efecto Doppler no solo se aplica a los sonidos. Funciona con todo tipo de ondas, incluyendo la luz. He estado leyendo un poco sobre el tema y encontré un blog donde comentaba como Edwin Hubble encontró que la luz de galaxias distántes está «corrida» hacia frecuencias más elevadas. Que coinciden con el rojo final des espectro. Esto se conoce como desplazamiento Doppler.
Me parecen muy interesantes todas las aplicaciones que estáis comentando sobre este efecto, que incluso ha ayudado a descubrir el fenómeno de la expansión de universo. Como dice Xandre, el efecto Doppler no sólo lo experimenta el sonido, sino también la luz. El descubrimiento de la expansión del Universo empieza en 1912, con los trabajos del astrónomo norteamericano Vesto M. Slipher. Mientras estudiaba los espectros de las galaxias observó que, excepto en las más próximas, las líneas del espectro se desplazan hacia el rojo. Y es que en el caso del espectro visible de la radiación electromagnética, si un objeto se aleja, su luz se desplaza a longitudes de onda más largas, desplazándose hacia el rojo. Si el objeto se acerca, su luz presenta una longitud de onda más corta, desplazándose hacia el azul. Esta desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias, y el ojo humano no puede captarlo, solamente medirlo indirectamente utilizando instrumentos de precisión como espectrómetros. Si el objeto emisor se moviera a fracciones significativas de la velocidad de la luz, sí sería apreciable de forma directa la variación de longitud de onda.
Y esto demuestra que la mayoría de las galaxias se alejan de la Vía Láctea ya que, corrigiendo este efecto en los espectros de las galaxias, se demuestra que las estrellas que las integran están compuestas de elementos químicos conocidos.
¿Y por qué imaginar siempre los experimentos en el laboratorio o con instrumentación compleja? El holandés Christian Buys Ballot reunió a un grupo de trompetistas y les puso a tocar en un vagón de tren sin paredes, y en el andén de la estación, reunió a varias personas con oído musical para que sacaran sus propias conclusiones.
Me parece interesante citar una posible aplicación del efecto Doppler que estudié en el último curso de mi carrera en la asignatura de Bioquímica clínica, gracias a la cual descubrí la existencia de este fenómeno, ya que antes nunca lo había estudiado.
El efecto Doppler describe el cambio de frecuencia que se produce en cualquier onda cuando existe movimiento relativo entre la fuente emisora y el receptor. Así pues, en la práctica clínica, el efecto Doppler se usa para valorar el movimiento de la sangre.
Se emplea un transductor que actúa en principio como fuente estática emitiendo una onda de ultrasonidos sobre el vaso. Si hay movimiento, esta onda es reflejada hacia el transductor por los hematíes, que constituyen el mayor componente de la sangre. El cambio de frecuencia detectado dependerá en proporción directa de la frecuencia de onda emitida, de la velocidad de
los hematíes y del coseno del ángulo entre el haz ultrasónico y la dirección del flujo. Como el resto de variables son conocidas, se puede calcular la velocidad de las ondas de flujo de los hematíes y por lo tanto, el flujo sanguíneo.
El eco-Doppler tiene particular utilidad en los estudios cardiovasculares (ecografía del sistema vascular y del corazón) y es esencial en muchas áreas, tales como la determinación del flujo invertido de sangre en los vasos del hígado en casos de hipertensión. También se usa para la determinación del riesgo de preeclampsia en mujeres embarazadas y es la mejor prueba para el diagnóstico no invasivo de anemia fetal.
El efecto Doppler posee muchas aplicaciones y en diferentes campos como bien citaron mis compañeros.
Los detectores de radar lo utilizan para medir la rapidez de los automóviles en las carreteras y también la velocidad de las pelotas en determinados deportes.
Los astrónomos utilizan el efecto Doppler de la luz de galaxias distantes para medir su velocidad y deducir su distancia.
Los médicos usan fuentes de ultrasonido para detectar las palpitaciones del corazón de un feto;
En el mundo animal son los murciélagos los que lo emplean para detectar y cazar a un insecto en pleno vuelo. Cuando el insecto se mueve más rápidamente que el murciélago, la frecuencia reflejada es menor, pero si el murciélago se está acercando al insecto, la frecuencia reflejada es mayor.
Hoy también se usa el Doppler transcraneal, técnica que se ha convertido en una herramienta imprescindible en el mundo de la medicina para conocer tanto el funcionamiento de las arterias cerebrales como sus posibles alteraciones, es decir, diagnosticar lesiones arteriales. Gracias a esta técnica se ha mejorado la detección de enfermedades mortales como las microembolias o la posibilidad de diagnosticar infartos cerebrales.
Otra aplicación del efecto Doppler es que resulta imprescindible para el diagnóstico de las alteraciones de los órganos y estructuras nefrológicas y urológicas.
Aqui dejo el enlace de la serie Big Bang Theory que ya nombró Iria anteriormente, donde Sheldon Cooper decide disfrazarse de efecto Doppler.
El efecto Doppler nos rodea constantemente, en este ejemplo utilizan el sonido para poder observarlo.
Sin embargo los astrónomos usan una característica idéntica que tiene la luz. Cuando un objeto se acerca o aleja de nosotros, la luz que emite varia un poco hacia el rojo o el azul debido a este efecto. Gracias a él los astrónomos saben a que velocidad se mueve un objeto, viendo la intensidad del cambio y además pueden conocer su dirección.
Siguiendo con lo que comentan mis compañeros, os dejo un enlace donde podéis comprar esas camisetas tan “molonas” del efecto Doppler.
Un chiste relacionado tanto con el efecto Dopler como con la enseñanza:
Le pregunta el profesor a un alumno:
– A ver Fulanito, ¿Sabrías decirme algún ejemplo del efecto Dopler afectando a la luz y no al sonido?
– Claro profe, ¡Eso está chupado!: Si vas paseando de noche y te fijas en los coches puedes ver como cuando se acercan sus luces se ven blancas y cuando se alejan rojas.
El efecto Doppler también se utiliza ampliamente en oceanografía para medir la velocidad de corriente en diferentes capas, el oleaje y la turbidez (concentración de materia particulada). La aparición de estos aparatos fue una revolución en este campo ya que permiten medir la velocidad en las diferentes capas de la columna de agua a partir de un solo punto (con un único aparato). Los aparatos que miden usando este principio se conocen como ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler). Los ADCP calculan la velocidad a partir del cambio de frecuencia entre el pulso acústico emitido y el recibido. Los pulsos acústicos “rebotan” en las partículas que están en movimiento dentro del agua generando ecos con una frecuencia diferente, dependiendo si se alejan del emisor (frecuencia más baja que la emitida) o si se acercan al emisor (frecuencia más alta que la emitida), o con la misma frecuencia si las partículas se mueven en dirección transversal al emisor.
En este enlace hay una explicación un poco más detallada en inglés. Y una explicación en vídeo de cómo se aplica (ver desde el minuto 2:15 al 2:35).
El efecto Doppler, como ya comentaron muchos de mis compañeros presenta muchas aplicaciones cotidianas. Una de ellas es el radar, sistema electrónico que permite detectar objetos fuera del alcance de la vista y determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio. Se utiliza a menudo para medir la velocidad de objetos como coches. Transmite una onda con una frecuencia constante y las señales reflejadas por objetos en movimiento respecto a la antena presentarán distintas frecuencias a causa del efecto Doppler. Esa diferencia permite conocer su velocidad.
Otra de las aplicaciones es la ecocardiografía, una tecnología sanitaria que permite el estudio morfológico y funcional cardíaco tanto en sujetos sanos como en aquellos con enfermedades cardíacas. Esta técnica, que está basada en la emisión y recepción de ultrasonidos, presenta considerables ventajas respecto a otros procedimientos diagnósticos.
Por último, en astrofísica el efecto Doppler permite determinar la estructura de las galaxias y la presencia de materia oscura, el estudio de estrellas dobles, el estudio de estrellas dobles o para medir los movimientos de las estrellas y de las galaxias.
Otro ejemplo de «efecto doppler» que explicaría la característica explosión sónica que producen los aviones cuando sobrepasan la barrera del sonido.
La barrera del sonido se sitúa en torno a los 340 m/s, pero depende ligeramente de la temperatura del aire. A velocidades subsónicas (< 340 m/s) las ondas de presión del avión se comportan como las de cualquier objeto en movimiento. Luego, cuando nos acercamos a la velocidad del sonido, las ondas de presión tienden a acumularse en un mismo punto con las producidas en instantes anteriores, de forma que la energía sonora se aglutina haciendo que la presión aumente. Finalmente, al alcanzar la barrera, se libera rápidamente la energía acumulada en una explosión sónica, lo que produce un cambio brusco de presión que crea la condensación de vapor de agua que vemos en la cola.
Adjunto un vídeo detallado donde se explica que sucede con las ondas cuando se sobrepasa la barrera del sonido.
Este experimento se pode traballar cos alumnos mediante actividades fora do horario escolar. Unha proposta pode ser que detecten o efecto doopler durante o seu día a día, por exemplo cando pasa unha ambulancia pola estrada, cando pasa un tren tocando a bociña, ou mesmo que sexan eles os que o provoquen, por exemplo lanzando nun patinete un aparello con son. Pódeselle pedir que o graven en vídeo cos móbiles e o expoñan na clase. Esta actividade ademais de fomentar a súa creatividade, xa que terán que buscar a mellor maneira de gravalo, axudaralles a entender mellor este efecto físico. Unha vez na clase poderase debater se todos os efectos gravados son realmente efecto doopler ou se algún non o é, e por que non sería efecto doopler.
O efecto doppler é o principio físico que máis se usa na oceanografía actual para medir velocidade de corrente, gracias á dispersión que unha onda emitida ten cando se achega as partículas que transporta unha masa de agua, e o tempo que tarda en ser de novo recibida. Os instrumentos que sirve para iso son os coñecidos como ADCP.
Os ADCP (coustic Doppler current profiler) que se usan para perfilar as velocidades de corrente na oceanografía pódense dispoñer de dúas formas principais: (1)fondeados o fixos, rexistrando as variacións de corrente nun punto fixo; (2) en movemento, solidarios a unha estrutura, rexistrando as correntes conforme esta estrutura móvese. Moitas das veces, combínanse ambos métodos para ter a maior fiabilidade nos datos. Vos deixo un vídeo dun ADCP fondeado a unha estrutura.
Realmente, a experiencia máis sinxela que se pode facer co efecto Doppler é que os propios alumnos e alumnas saian «á caza» de efectos Doppler por aí adiante, xa que, moitas veces sen decatármonos, o noso día a día está inzado das consecuencias deste fenómeno físico. Como propuxo un compañeiro máis arriba, poderían intentar detectar este fenómeno no seu día a día e logo cotexar na clase cales dos casos expostos son realmente debidos a el.
Sabiades que, como lles pasa a moitos outros científicos, as teorías de Christian Andreas Doppler foron totalmente ignoradas pola comunidade científica. A excepción do famoso matemático Bolzano, que lle profesou unha gran admiración.
Aunque considero que el montaje es excesivo, ya que simplemente con el móvil atado a una cuerda tendríamos los mismos resultados, me parece un vídeo interesante para explicar el efecto Doppler. La mayor dificultad a la hora de explicar este efecto, es la amplitud de posibilidades ante las que nos podemos encontrar, pues la frecuencia observada depende no sólo del movimiento o no del emisor si no también del receptor, teniendo 8 situaciones diferentes y por tanto podemos realizar diferentes pruebas para comprobarlo.
Tal y como se menciona en otros comentarios arriba, el efecto Doppler se emplea especialmente en ciencias de la salud, donde, además de servir para visualizar las cámaras cardíacas, sirve también por ejemplo para valorar si el aporte sanguíneo a los miembros inferiores es suficiente o si es necesaria una intervención. Para enseñar esto a nuestros alumnos, sería interesante, además de realizar el experimento que hicieron estos chicos, conseguir un ecógrafo portátil (a veces incluso las casas comerciales prestan uno para realizar demostraciones) y que viesen cómo funciona en salud, y cómo es posible ver pasar su propia sangre.
Como se ha mencionado en comentarios anteriores el efecto Doppler es un fenómeno físico que consiste en la variación de la frecuencia de una longitud de onda emitida o recibida por un objeto en movimiento. El ejemplo más utilizado para explicar este efecto es el sonido que emite una ambulancia en movimiento, es decir, el sonido se escuchará de forma diferente dependiendo de la cercanía y de la velocidad a la que viaja el vehículo. Existen diversas formas de explicar este efecto como las que se muestran en los diferentes vídeos incluidos en esta página, está claro que es más práctico mostrar esta actividad en vivo a los alumnos y que ellos manipulen que comentar el ejemplo de la ambulancia. Puesto que este efecto tiene muchas aplicaciones en la vida real (tal como se comenta en los vídeos y en los comentarios anteriores, como en astronomía, ecocardiografía, radar…) convendría mostrar a los alumnos diferentes ejemplos mediante actividades manipulativas para una mayor comprensión por parte del alumnado
En esta experiencia se muestra el efecto Doppler: cuando una fuente de sonido se mueve respecto al observador, el tono del sonido cambia. A partir de este efecto se puede determinar si la fuente se mueve hacia el observador o se aleja de él, y también cómo de rápido se mueve. El efecto Doppler también se observa con la luz. En el caso de la luz, es el color el que cambia. La luz se compone de siete colores, cada color del espectro tiene un valor diferente de frecuencia: los colores extremos son el azul y el rojo. Los objetos celestes emiten luz y cuando estos objetos se acercan, al analizar su espectro, su longitud de onda disminuye, lo que aumenta su frecuencia y su energía, por lo que el color azul se vuelve más intenso y el rojo más débil. Este efecto permite a los astrónomos saber si las galaxias se están acercando o alejando de nosotros e incluso saber cómo de rápido se mueven: cuanto mayor sea el desplazamiento hacia el rojo o hacia el azul, más rápido se están moviendo. En este enlace hay una explicación sobre el Efecto Doppler y cómo se relaciona con el Big Bang.
El experimento, a pesar de su simpleza, permite mostrar de forma práctica la demostración de este efecto. El efecto, además de oírlo a diario (ambulancias, coches etc.), tiene múltiples usos, como los usos médicos que comentaba la usuaria SilviaL. Creo conveniente que más allá de mostrarle a los estudiantes el experimento podría reforzarse el proceso de enseñanza-aprendizaje de este concepto salpimentándolo con una aplicación móvil, que permite manejar un coche en diferentes direcciones y ver virtual pero interactivamente como se produce el efecto Doppler. La aplicación llamada Doppler Effect Visualization es completamente gratuita y ocupa muy poco espacio, sin embargo recomiendo bajar el sonido del móvil, ya que el sonido de la sirena es un poco molesto.
Me parece un efecto muy interesante debido a que este efecto presenta infinidad de aplicaciones, además este, se ha relacionado y ayuda a la explicación del “Big Bang”, lo que me resulta muy interesante para introducir varios temas con los alumnos. Además, por lo que se observa, dicho experimento resulta de fácil aplicación y creo que sería una buena experiencia para realizar con los alumnos de 2º bachillerato, ya que les permitiría a aplicar de forma práctica la teoría a un ejemplo concreto en el aula, así como de reconocer dicho efecto en otras situaciones cotidianas en las que se produce, como por ejemplo, el paso de una ambulancia. He buscado más información sobre el tema y en la página de FISICALAB, se hace una muy buena y breve descripción de dicho efecto, los casos en los que se puede observar y las aplicaciones del mismo.
El efecto Doppler lo percibimos de manera cotidiana en el sonido de las ambulancias, a medida que se acerca el sonido es más agudo y cuando se aleja es más grave. La ambulancia, al avanzar hacia nosotros, hace que las ondas de sonido que emite se agolpen en el sentido del movimiento y así haciendo que se escuchen más agudas. Sucede al revés, cuando se aleja. Esto pasa también con la luz, una fuente luminosa acercándose hacia nosotros es más azulada y enrojecida cuando se aleja. Ver este interesante vídeo que explica el efecto Doppler.
Me sorprende leer sobre tantos ejemplos que se pueden explicar con el efecto Doppler: la transmisión de sonidos de las sirenas, la expansión del universo, la explosión sónica de los aviones… La desventaja de estos ejemplos es que son poco o nada aplicables a realizarlos mediante un experimento en clase.
Una alternativa factible que se me ocurre es, de hecho, el único ejemplo que yo conocía sobre el efecto Doppler antes de ver el vídeo, y que aprendí en la asigntura de Física de la carrera: la propagación de ondas en el agua cuando un cuerpo la surca. Esta alternativa se puede replicar en un aula y me parece que es bastante visual para los alumnos de la ESO y Bachillerato.
El experimento se puede simular mediante, por ejemplo, un barquito o pato de goma atado con un hilo que esté sobre un recipiente con agua en reposo. Cuando el pato se desplaza sobre el agua (si tiramos suavemente de el con el hilo, perturbando lo menos posible el agua) se observa que genera unas ondas en el agua entorno a él y, sobre todo, detrás de él, contrarias al movimiento. Los alumnos deberán intentar describir lo que ven: se trata de que las ondas enfrente al patito de goma están muy comprimidas o juntas entre sí, mientras que las ondas que «deja atrás» están mucho más espaciadas entre sí. Esto es consecuencia del efecto Doppler.
Totalmente de acuerdo con Laura. El efecto Doppler lo experimentamos cada día al oír pasar los coches y, sin embargo, la mayoría de la gente ni siquiera se da cuenta.
La visualización del efecto facilitaría la asimilación del mismo. En este vídeo se ve muy claro el efecto en el agua, como sugería mi compañera.
Os comparto un interesante vídeo del canal de youtube «Date un voltio», que aprovecho para recomendaros, en el que el físico Javier Santalaolla habla sobre algunas de las múltiples aplicaciones del efecto Doppler. Entre ellas, explica el uso del efecto doppler en física para estudiar la composición de las estrellas o en cosmología para entender la expansión del universo.
Otra de las muchas aplicaciones que tiene el efecto Doppler es su uso en ecografías. La ecografía dópler es una técnica muy utilizada para escuchar el latido del feto en el embarazo. Ésta consiste en el uso de una sonda que se sitúa sobre el abdomen de la madre y la cual permite determinar el rebote de las ondas sobre la estructura que se está analizando (generalmente el corazón y los vasos sanguíneos). Con este tipo de ecografías se puede medir tanto la dirección del flujo sanguíneo como su velocidad.
En 2014 un grupo de investigadores observou que o efecto Doppler explicaría unha das etapas da formación embrionaria en vertebrados. Isto quedou reflectido no artigo “A Doppler effect in embryonic pattern formation” que publicaron na revista Science. A continuación cito un fragmento dunha noticia na que un dos investigadores, Luis Morelli, comenta este descubrimento:
“Durante la formación del embrión de un vertebrado el tejido se va organizando en capas celulares que se desarrollan progresivamente. El reloj biológico que organiza el mecanismo genético estudiado por Morelli y equipo se ubica en el mesodermo presomítico (PSM por sus siglas en inglés), una zona del tejido embrionario que finalmente da origen a los somitos, las secciones o segmentos que formarán los músculos y el esqueleto del animal.
Allí, el reloj biológico provoca ondas de acción genética que se propagan por el medio celular como ondas en el agua. Al mismo tiempo sucede que hay un ‘frente’, una barrera de proteínas organizadas en gradiente de menor a mayor, que se mueve hacia el tejido donde está el reloj – el PSM. Es en este frente donde se formarán, a partir de la interacción con el reloj, los somitos o segmentos.
Al avanzar esta barrera de gradientes va deteniendo las oscilaciones de las células producidas por el mecanismo genético en distintos puntos de su ciclo. “Las oscilaciones genéticas se propagan en forma de ondas mientras el frente avanza hacia ellas y las va ‘leyendo’ en una frecuencia mayor a la que realmente son emitidas por el reloj. Esto es efectivamente el efecto Doppler, que explica la asincronía entre los tiempos del reloj y los tiempos de la segmentación”, puntualiza Morelli.”
No seguinte enlace está dispoñible un vídeo coa formación da columna vertebral do peixe cebra e un audio coa explicación do investigador Luis Morelli.
Los vídeos muestran una forma sencilla de explicar el efecto Doppler, aunque quizás el ejemplo que todos tenemos en mente es el de las ambulancias. Como curiosidad, mencionar que el efecto Doppler es el que utilizan los radares de tráfico para medir la velocidad. Otros equipos que también se basan en el efecto Doppler son los ecógrafos (como bien indica NuriaE) y los flujómetros, que permiten detectar el flujo sanguíneo al hacer incidir ondas sonaros sobre los glóbulos rojos que se mueven en el interior de los vasos sanguíneos.
El efecto doppler es básico en la oceanografía. La manera más directa que tenemos hoy en día para conocer el movimiento de las corrientes de agua y su velocidad es a través de perfiladores de corrientes denominados “Acoustic Doppler Current Profiler”, ADCP cuyo funcionamiento se basa en analizar el efecto doppler entre las ondas que emite el perfilador y las partículas en suspensión que existan en el agua.
El efecto Doppler es el principio que usan los murciélagos para medir su propia velocidad o la de sus presas, así como la distancia a la que se encuentran de los obstáculos. En este enlace se explica con detalle este fenómeno.
En Biología, concretamente en Biología del Desarrollo, también se puede apreciar el efecto Doppler. Durante la segmentación de los embriones de los vertebrados, el proceso de expresión genética produce una serie de ondas de barrido a través del mesodermo presomítico, el tejido del que se forman los precursores de los vertebrados (somitas). Un nuevo somita se forma a la llegada de una onda al final anterior del mesodermo presomítico. En el pez cebra, se ha demostrado que el acortamiento del mesodermo presomítico durante la segmentación produce un efecto Doppler que a través de las ondas orienta los movimientos del tejido del extremo anterior. Así, de esta manera, dicho efecto Doppler contribuye al control del período de segmentación. Se puede leer información más detallada al respecto en el enlace.
En el siguiente enlace se puede ver otra demostración del efecto Doppler. En este caso se utiliza un tren de juguete en el que han colocado un emisor de ultrasonidos y que se mueve sobre un circuito de vías circular. En un punto fijo junto al circuito se sitúa un detector de murciélagos, que lo que hace es transformar el ultrasonido en frecuencias audibles para el ser humano, y se registra lo que detecta. Lo que vemos es que, cuando el tren se aproxima al detector, el tono se eleva, y disminuye a medida que vuelve a alejarse.
Probablemente sea uno de los conceptos más complicados de entender, al menos lo fue para mí en su momento. Este experimento me habría ayudado mucho, la verdad. Sin embargo, pensando en alumnos de secundaria el inicio del vídeo puede hacerles pensar que es necesario saber de electrónica y no es así. Creo que su aplicación en institutos requiere una pequeña modificación
Gracias a este post xa me podo disfrazar de efecto Doppler! Coñecía o efecto, pero nunca o chegara a entender do todo, asi que moitas gracias.
Por aportar algo, atopei unha páxina que explica o efecto e ademáis ten unha animación que axuda a entendelo dun xeito moito máis gráfico.
A animación mostra un foco emisor de ondas, en repouso, dunha determinada frecuencia e lonxitude de onda. Sen embargo, permite variar o estado de repouso do foco e cambiar a velocidade a que este se desplaza, observando como os frentes de onda deixan de ser concéntricos cando o foco entra en movemento. Aquí o link a animación.
Por mi parte, en línea con lo que comenta Lorena en su comentario del 13/11/2020. Muy útil para hacer entender el efecto pero, para su correcta adaptación en secundaria, sería interesante simplificarlo sin entrar en detalle de lo que produce el sonido. Por ejemplo, se podría hacer usando un móvil con un sonido constante (si buscamos en youtube tenemos algunos ejemplos). Por último, y en mi caso personal, prefiero el ejemplo de efecto doppler producido por una traslación lineal, como un coche, para la explicación introductoria del concepto. Esto se podría escuchar simplemente saliendo a la calle unos minutos.
Las experiencias basadas en el efecto Doppler me parecen a nivel personal una forma sencilla de intentar transmitir a los alumnos la mecánica de las hondas, y como estas se trasladan a través de un medio. La experiencia mostrada en este apartado es muy gráfica y puede ser todavía más sencilla de ver para el alumno si se hace alusión a las carreras coches, o motos de gran velocidad. Creo que cualquier persona que en algún momento presenciase en directo o en la televisión una carrera de esta clase de vehículos repararía en el cambio de la percepción del sonido emitido por los motores de los vehículos al dirigirse hacia el micrófono a 300Km/h.
Otra forma de explicar el efecto Doppler podría ser a través de una aplicación práctica como los sensores de microondas, que pueden detectar objetos en movimiento a partir de la variación que producen en la onda generada por el emisor. La ventaja de estos detectores es que detectan el movimiento en 360º. En este link se puede obtener una explicación más detallada.
Como otros usuarios han mencionado, el efecto Dopper se utiliza para para los radares de velocidad de la policia. El principio teórico del funcionamiento de los radares se muestra aquí. Y este vídeo nos explica como construir uno en casa utilizando Arduino.
En la página web de Exploratorium, museo de ciencia, tecnología y artes ubicado en San Francisco (Estados Unidos), podemos consultar numerosas entradas de experimentos. En concreto, en el siguiente enlace tenemos una explicación de los materiales y el montaje para su realización, así como una breve descripción de los fundamentos y la explicación de lo que sucede. En relación a su historia, podemos destacar que, el denominado efecto Doppler, fue enunciado por físico austríaco Christian Doppler en 1842 y la tecnología de la máquina de vapor hizo posible su comprobación. En 1845, un holandés escéptico llamado Christoph Ballot quiso refutar la teoría de Doppler. Para ello, hizo subir a varios trompetistas a un vagón de ferrocarril y les indicó que tocaran la misma nota musical a la vez que el vagón se movía. Al mismo tiempo, dispuso un grupo de espectadores con formación musical junto a la vía que reproducían los sonidos que iban percibiendo. Contrariamente a lo que esperaba, al pasar frente a ellos el vagón con los trompetistas, los oyentes constataron un cambio de tono casi tan grande como el que separa dos teclas consecutivas del piano.
No seguinte enlace incorporo unha clase práctica dun profesor de física de secundaria no que explica, dun xeito realmente sinxelo e moi entendible, o fenómeno doppler e cómo se pode estimar a velocidade das ondas. Esta estimación, como xa foi comentada por moitos compañeiros anteriormente, pode ser moi útil para numerosas aplicacións.
Un laboratorio virtual muy interesante para visualizar y experimentar con el Efecto Doppler es este Visualizador de la Universitat Politècnica de València. Este applet muestra una animación de la onda transversal bidimensional generada por una fuente oscilante, y cómo dicha onda afecta a un observador, utilizando tres vistas: planta, sección y perspectiva interactiva en 3D. El usuario puede seleccionar, entre otros parámetros, las velocidades de la onda, de la fuente y del observador. De este modo puede visualizar cómo el movimiento de la fuente y el del observador afectan a la frecuencia percibida por este último. El applet permite también observar otros fenómenos relacionados con ondas generadas por una fuente móvil, tales como la barrera de onda o la onda de choque.
En este «snack» del Exploratorium otro montaje con materiales asequibles y ligeros para llevar a cabo esta actividad manipulativa y demostrar este efecto.
Una forma interesante de experimentar en el aula con el efecto Doppler es empleando la aplicación Phyphox. Instalando esta aplicación en un teléfono móvil y siguiendo las recomendaciones dadas en este enlace se puede determinar fácilmente el cambio aparente en la frecuencia de una onda sonora debido al efecto Doppler. En este vídeo se muestra un ejemplo de montaje y las medidas que se obtienen con la aplicación. Como alternativa al vídeo y para simplificar el montaje, puede utilizarse como emisor de sonido otro teléfono móvil con la aplicación Phyphox.
El ejemplo explicado en el video de referencia es susceptible de ser reproducido en aula, aunque el sistema más ilustrativo sería el que se establece en uno de los comentarios como explicación gráfica del efecto Doppler en ondas de agua producidas por un objeto estático (gota al caer sobre agua estancada) o el mismo efecto producido por un objeto en movimiento. Hay numerosas webs donde se explica el concepto y que contienen una ilustración que define el efecto así como los parámetros de cálculo de las frecuencias. Adjunto una web donde se puede calcular el efecto Doppler escribiendo los parámetros requeridos, y la web hará el cálculo. Las aplicaciones Doppler abarcan un elevado número de instrumentos de toda clase de carácter científico, médico, industrial y militar. Quizás no sea conocido que una de las primeras aplicaciones del efecto Doppler fue la ecolocalización impulsada a raíz del hundimiento del Titanic en 1912 como medio para detectar icebergs, esta ecolocalización basada en Doppler derivó en el Asdic destinado a la detección de submarinos en la primera guerra mundial, posteriormente conocido como Sonar que se emplea en toda embarcación y orientadas tanto a aplicaciones militares como civiles como es la pesca. No tan conocidos son determinados efectos adversos sobre fauna marina como consecuencia de aplicaciones militares y que pudieran estar en el origen del varamiento de cetáceos. No olvidemos que éstos animales poseen un sonar biológico y que son los que en primera instancia han servido de punto de partida para las tecnologías humanas, adjunto enlace a investigación sobre sonar biológico. Es recomendable en el aula las lecturas simplificadas de los conceptos de sonar, se podría recomendar el siguiente enlace, siempre y cuando se coteje bien con otras fuentes.
En referencia ao Efecto Doppler, estiven indagando para atopar algunha relación ou aplicación no ámbito da bioloxía. Aínda que sexa experimental, atopei esta información que me parece de interese na que este efecto veríase implicado no desenvolvemento dos segmentos que conforman os vertebrados.
El efecto Doppler es de aplicación en múltiples dispositivos de muchos campos de la tecnología. Entre los que menos ilusión nos puede hacer es su uso en los radares de velocidad, que aprovechan este efecto para determinar la velocidad de un vehículo calculando la diferencia entre las ondas que se emiten hacia el coche y las que se reciben desde este. Os incluyo un enlace de un video de Javier Santaolaya, colaborador habitual de «Órbita Laika», en el que explica más usos del efecto Doppler.
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