Material necesario — Cuadernillo de datos: sí — fórmula aproximada del efecto Doppler, Tema C.5.
Prerrequisitos
- Hasta ahora (C5-P01, C5-P02) la FUENTE se movía y el observador estaba quieto. Aquí es al revés: la fuente está quieta y es el OBSERVADOR quien se mueve
- El mecanismo físico es distinto: si la fuente se mueve, comprime o expande las crestas de onda en el espacio; si el observador se mueve, es él quien atraviesa las crestas a un ritmo distinto del que tendría si estuviera quieto — pero para rapideces pequeñas, la fórmula aproximada tiene la misma forma
- Para rapideces del observador vo mucho menores que la rapidez de la onda v (vo << v), el cambio de frecuencia se aproxima como Δf ≈ f0·(vo/v), y se SUMA a f0 si el observador se acerca a la fuente
Una sirena estacionaria de fábrica emite sonido de frecuencia f0. Un observador se acerca a la sirena en línea recta, en bicicleta, con una rapidez vo mucho menor que la rapidez del sonido v. f0 = 500 Hz vo = 20 m s⁻¹ v (sonido) = 340 m s⁻¹
a
Explica, en términos del movimiento relativo del observador respecto a las crestas de onda, por qué el observador percibe una frecuencia distinta de f0.
[2]
b
Calcula el cambio de frecuencia Δf.
[2]
c
Indica si la frecuencia percibida por el observador es mayor o menor que f0, y calcula su valor.
[2]
Pistas progresivas
- 1General — como el observador se acerca, ya sabes que la frecuencia percibida va a ser MAYOR que f0, antes de calcular nada. Úsalo para comprobar tu resultado al final.
- 2Apartado a) — piensa en un observador quieto: recibe f0 crestas por segundo. Si ahora el observador avanza HACIA las crestas que se acercan, se encuentra con ellas con más frecuencia de la que tendría si estuviera quieto.
- 3Apartado a), resultado — al moverse hacia la fuente, el observador atraviesa las crestas de onda a un ritmo mayor que si estuviera en reposo, por lo que percibe más crestas por segundo: una frecuencia mayor que f0.
- 4Apartado b) — busca en el Cuadernillo, Tema C.5, la fórmula aproximada del efecto Doppler para vo << v: tiene la misma forma que para la fuente moviéndose, cambiando vs por vo.
- 5Apartado b), fórmula — Δf ≈ f0 · (vo/v).
- 6Apartado b), cifras — Δf = 500 × (20/340) ≈ 29 Hz.
- 7Apartado c) — como el observador se ACERCA a la fuente, la frecuencia percibida es f0 + Δf (mayor que f0).
- 8Apartado c), cifras — f_percibida = 500 + 29 = 529 Hz.
Teoría básica
- Efecto Doppler con observador en movimiento: al acercarse a una fuente estacionaria, el observador atraviesa las crestas de onda a un ritmo mayor que en reposo, percibiendo una frecuencia mayor que f0.
- Fórmula aproximada (vo << v): Δf ≈ f0·(vo/v). — Cuadernillo de datos, Tema C.5. Misma forma que para fuente en movimiento, sustituyendo vs por vo.
- El signo de Δf depende del sentido del movimiento relativo: se SUMA si observador y fuente se acercan, se RESTA si se alejan — igual que en el caso de fuente móvil de C5-P01/C5-P02.
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topic C.5 Doppler effect, observador en movimiento.
Cuadernillo — Cuadernillo de datos de Física — Tema C.5, fórmula aproximada del efecto Doppler.
Vídeo —
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Apartado a) —
Al moverse hacia la fuente, el observador atraviesa las crestas de onda a un ritmo mayor que en reposo, así que percibe más crestas por segundo — una frecuencia mayor que f0.
Apartado b) —
Δf ≈ f0·(vo/v) = 500 × (20/340) ≈ 29 Hz.
Apartado c) —
El observador se acerca, así que la frecuencia percibida es mayor: f = 500 + 29 = 529 Hz.
Variantes de este problema
Problemas de prueba generados a partir de esta ficha — mismo prerrequisito y habilidad, enunciado distinto. Sirven para comprobar si lo que marcaste aquí está realmente dominado.