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La física nos permite estudiar las propiedades de la materia, así como de la energía teniendo en cuenta las leyes que explican los fenómenos naturales. El sonido (o las ondas de sonido) es uno de los elementos sujetos a mediciones físicas y este ha sido estudiado desde hace mucho tiempo para ayudarnos a entenderlo, pero también para poder diseñar equipos de última generación, como por ejemplo los altavoces de calidad Hi-Res y alta fidelidad. En este artículo, en concreto, queremos hablarte de un fenómeno que afecta al sonido (y a la luz), el denominado efecto Doppler.
A continuación, te explicamos qué es el efecto Doppler y las aplicaciones que este curioso hecho puede tener. ¡Vamos a ello!
El efecto Doppler recibe su nombre del matemático y físico austríaco que lo describió por primera vez en 1842, Christian Doppler (1803-1853). El efecto Doppler en el sonido es el cambio de frecuencia aparente de una onda producido por el movimiento relativo de la fuente respecto al observador, o viceversa. Es decir, el aumento o disminución de la frecuencia de una onda sonora cuando se aleja o acerca de nosotros la fuente de sonido y viceversa. Por ejemplo, si escuchamos la sirena de una ambulancia acercarse a nosotros percibiremos que el sonido es más agudo cuando está más próxima y que este es más grave cuando se aleja. Lo mismo ocurre con el silbido de una locomotora, tal como experimentó el físico austriaco. Esto se debe a que al estar más cerca existe una mayor frecuencia y cuando se aleja disminuye y esto tiene lugar por el estiramiento o compresión de las ondas sonoras. Esta teoría fue avalada, también, por el científico neerlandés Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot (1817-1890) quien al investigar la hipótesis inicial afirmó que el sonido emitido por la fuente es más agudo cuando se acerca.
Existen varias fórmulas para medir el efecto Doppler en las ondas sonoras, tanto si el observador se acerca a una fuente como si se aleja de ella, y en el supuesto de que sea el medio sonoro el que se aleja o se acerca. En este segundo caso, cuando es la fuente la que está en movimiento —y, sobre todo, cuando es esta la que se acerca— la frecuencia aparentemente percibida será mayor que la real emitida.
Como decíamos, la teoría del efecto Doppler puede aplicarse también al sonido. De hecho, en 1848 el físico francés Armand Hippolyte Louis Fizeau (1819-1896) descubrió este mismo fenómeno aplicado a las ondas electromagnéticas (luz), motivo por el cual el fenómeno recibe también el nombre de efecto Doppler-Fizeau. En concreto, lo que explica la teoría del efecto Doppler en la luz es que cuando una fuente de luz se mueve hacia el observador, esta se desplaza hacia el extremo azul del espectro (lo que se conoce como corrimiento al azul) y esto indica una frecuencia mayor o una longitud de onda menor. En cambio, si la fuente de luz se aleja del observador, entonces esta se desplaza hacia el extremo rojo del espectro (corrimiento al rojo) y la frecuencia es menor y la longitud de onda más larga.
Hay que tener en cuenta, no obstante, que a diferencia de lo que ocurre con el efecto Doppler en el sonido, aquí el cambio en la luz no es visible cuando esta se desplaza hacia longitudes de onda más largas o más cortas. La desviación es muy leve, incluso para velocidades muy elevadas como las relativas entre las estrellas o galaxias por lo que el ojo es incapaz de percibirlas. Únicamente se puede medir de manera indirecta con instrumentos de precisión como los espectrómetros.
Ahora que ya sabes qué es el efecto Doppler y cuáles son sus características en las ondas del sonido y en la luz, podemos pasar a hablar de cuáles son las aplicaciones que se han hecho del mismo. Es decir, ¿para qué resulta útil? Lo cierto es que estas resultan muy variadas. Algunos de los usos más habituales los encontramos en:
-Altavoces y bocinas con efecto espacial: Estas aprovechan el movimiento del efecto Doppler con unos “altavoces giratorios”. El primero de ellos fue inventado en 1937 y bautizado como la Caja Leslie. Estas cajas giratorias, que comenzaron a comercializarse en 1940, simulan una variedad de ubicaciones en los tubos (al igual que en los órganos de tubos) creando una percepción espacial en cada nota por el movimiento de los altavoces giratorios. Hoy en día se comercializan bajo la marca Hammond-Suzuki y consisten en cajas que tienen un motor eléctrico que hace girar una bocina acústica alrededor de un altavoz, haciéndola rotar 360º.
-Astronomía: En el caso concreto de las mediciones de ondas electromagnéticas, para conocer la velocidad a la que las estrellas y galaxias se acercan o alejan de la Tierra, por ejemplo.
-Radar: Permite saber la velocidad de un objeto gracias al reflejo de las ondas. Esto es posible mediante una medición del haz del radar.
-Obtención de imágenes médicas y medición del flujo sanguíneo: En este caso se aprovecha el efecto Doppler en el sonido, por ejemplo, para realizar un ecocardiograma. Los ultrasonidos nos permiten saber, entre otras, cuál es la dirección del flujo sanguíneo, así como la velocidad de la sangre y el tejido cardíaco en cualquier punto arbitrario.
-ADV o LDV: Esta técnica (ADV) mide la velocidad de un fluido con precisión y de un modo no invasivo. El dispositivo emite un tren de ondas acústicas ultrasónicas y mide el efecto Doppler en las longitudes de onda de los reflejos de las partículas que se mueven con el fluido en movimiento. También podemos encontrar la versión para realizar mediciones con luz (LDV) a través de un dispositivo que emite un haz de luz.
