Efecto Doppler en la Luz: Cambio de Rojo y Azul

Efecto Doppler en la Luz: Cambio de Rojo y Azul

Que es el Efecto Doppler

Las ondas de luz de una fuente en movimiento experimentan el efecto Doppler, para dar lugar a un cambio de rojo o azul en la frecuencia de la luz. Esto es de una manera similar (aunque no idéntica) a otros tipos de ondas, como las ondas de sonido. La principal diferencia es que las ondas de luz no necesitan un medio para viajar, por lo que la aplicación clásica del efecto Doppler no se aplica precisamente a esta situación.

Efecto Doppler relativista para la luz

Considere dos objetos: la fuente de luz y el observador. Como las ondas de luz que viajan en un espacio vacío no tienen medio, analizamos el efecto Doppler de la luz en términos del movimiento de la fuente en relación con el observador.

Configuramos nuestro sistema de coordenadas para que la dirección positiva sea del observador hacia la fuente. Entonces, si la fuente se está alejando del observador, su velocidad v es positiva, pero si se está moviendo hacia el observador, entonces la v es negativa. El observador, en este caso, siempre se considera que está en reposo (por lo que v es realmente la velocidad relativa total entre ellos). La velocidad de la luz c se considera siempre positiva.

El observador recibe una frecuencia f L que sería diferente de la frecuencia transmitida por la fuente f S . Esto se calcula con la mecánica relativista, aplicando la contracción de longitud necesaria, y obtiene la relación:

Efecto doppler formula

f L = sqrt [( c – v ) / ( c + v )] * f S

Cambio rojo y cambio azul

Una fuente de luz que se mueve lejos del observador( v es positivo) proporcionaría una f L que es menor que f S . En el espectro de luz visible , esto provoca un cambio hacia el extremo rojo del espectro de luz, por lo que se denomina desplazamiento al rojo . Cuando la fuente de luz se está moviendo hacia el observador ( v es negativo), entonces f L es mayor que f S . En el espectro de luz visible, esto provoca un cambio hacia el extremo de alta frecuencia del espectro de luz. Por alguna razón, la violeta tiene el extremo corto de la palanca y ese cambio de frecuencia se llama en realidaddesplazamiento hacia el azul . Obviamente, en el área del espectro electromagnético fuera del espectro de luz visible, estos cambios podrían no ser realmente hacia el rojo y el azul. Si está en el infrarrojo, por ejemplo, irónicamente se está alejando del rojo cuando experimenta un “desplazamiento al rojo”.

Aplicaciones

La policía usa esta propiedad en las cajas de radar que usan para rastrear la velocidad. Las ondas de radio se transmiten, chocan con un vehículo y se recuperan. La velocidad del vehículo (que actúa como la fuente de la onda reflejada) determina el cambio en la frecuencia, que se puede detectar con la caja. (Se pueden usar aplicaciones similares para medir las velocidades del viento en la atmósfera, que es el ” radar Doppler ” al que los meteorólogos están tan interesados).

Este Doppler shift también se usa para rastrear satélites. Al observar cómo cambia la frecuencia, puede determinar la velocidad en relación con su ubicación, lo que permite que el seguimiento en tierra analice el movimiento de los objetos en el espacio.

En astronomía, estos cambios resultan útiles. Cuando observa un sistema con dos estrellas, puede saber qué se está moviendo hacia usted y qué distancia analizando cómo cambian las frecuencias.

Aún más importante, la evidencia del análisis de la luz de galaxias distantes muestra que la luz experimenta un desplazamiento al rojo. Estas galaxias se están alejando de la Tierra. De hecho, los resultados de esto son un poco más allá del mero efecto Doppler. Esto es en realidad un resultado de la expansión del espacio-tiempo , como lo predice la relatividad general . Las extrapolaciones de esta evidencia, junto con otros hallazgos, apoyan la imagen del ” big bang ” del origen del universo.

Continuar Leyendo >

Articulos relacionados a la energia