Você está dentro de um carro quando começa a ouvir o som de uma ambulância se aproximando: à medida que o veículo se aproxima do seu, o som da sirene fica mais e mais agudo. Ela passa próximo a você e, conforme se afasta, o som da sirene fica grave à medida que a distância aumenta. Esse é um exemplo clássico do efeito Doppler com as ondas sonoras.
Se você quer entender melhor o que é esse efeito, como ele pode acontecer e quais são as fórmulas que regem esse acontecimento físico, continue lendo este artigo. Além de ser um conhecimento interessante sobre coisas do cotidiano, o tema costuma cair em provas de vestibular, especialmente em testes específicos de segunda fase ou próprios para ciências exatas. Então, leia mais!
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O que é o efeito Doppler?
Em uma visão científica, o efeito Doppler é um fenômeno da ondulatória. Ele acontece quando o observador e a fonte de emissão de ondas estão em movimento entre si, seja porque estão se aproximando ou se afastando.
A depender de como essa locomoção se dá, a impressão que o observador terá é de que a frequência das ondas está aumentando, com mais ondulações em um mesmo período de tempo. Ou ainda, pode parecer que a frequência está em diminuição, com menos ondas em um determinado período de tempo.
É importante lembrar que esse fenômeno trabalha com uma aparência ondulatória, ou seja, a fonte continua emitindo exatamente a mesma onda, com as mesmas características de frequência, comprimento e velocidade de propagação. O que está alterado é a percepção do observador frente à movimentação em curso.
Interpretação do efeito Doppler
Na animação acima, perceba que o pontinho preto está se locomovendo em direção horizontal, com sentido à direita. Tudo que está a frente dele (à direita) tem uma frequência aparente maior, como você pode observar pela maior união entre os diferentes círculos, que representam cristas de ondas.
Ao mesmo tempo, as ondas que estão para trás do sentido de deslocamento (à esquerda) aparentam um maior afastamento entre si. Então, se fossem ondas sonoras, significa que o som estaria mais grave para um observador situado após o ponto.
Essa interpretação indica que, quando uma fonte ondulatória e o observador estão se aproximando, a frequência aparente será mais alta e, no caso dos sons, mais agudos. Caso contrário, quando há afastamento entre as duas entidades, o som será mais grave, já que as ondas estarão em uma menor frequência aparente. Com base nisso, vamos resolver a questão a seguir:
(PUCCAMP-SP) Um professor lê o seu jornal sentado no banco de uma praça e, atento às ondas sonoras, analisa três eventos:
I – O alarme de um carro dispara quando o proprietário abre a tampa do porta-malas.
II –Uma ambulância se aproxima da praça com a sirene ligada.
III – Um mau motorista, impaciente, após passar pela praça, afasta-se com a buzina permanentemente ligada.
O professor percebe o efeito Doppler apenas:
a) no evento I, com frequência sonora invariável
b) nos eventos I e II, com diminuição da frequência
c) nos eventos I e III, com aumento da frequência
d) nos eventos II e III, com diminuição da frequência em II e aumento em III
e) nos eventos II e III, com aumento da frequência em II e diminuição em III
O efeito Doppler será observado apenas quando ocorre movimentação entre o observador e a fonte sonora. No evento I não há essa locomoção, porque ambas as entidades estão paradas no espaço, então já podem ser eliminadas as alternativas A, B e C.
Como vimos, a aproximação entre fonte e observador é percebida como um aumento da frequência, aparentemente. E, no caso de um afastamento, essa percepção é dada por uma diminuição da frequência, com sons mais graves. Então, o evento II é terá aumento de frequência, enquanto o evento III apresentará uma frequência aparente menor à medida que o carro com buzina acionada se afasta. Assim, a melhor alternativa seria a letra E.
Fórmula do efeito Doppler
fo = é a frequência percebida pelo observador
ff = é a frequência real emitida pela fonte
v = velocidade de onda no meio, para a velocidade do som no ar v = c = 340 m/s
vo = velocidade do observador no espaço
vf = velocidade da fonte no espaço
Quando vo<0 significa que o observador e a fonte estão se afastando. De modo análogo, quando vo>0 é porque fonte emissora e observador estão em aproximação.
Quando vf>0 é porque o corpo que emite as ondas está em afastamento quanto ao observador. Por outro lado, se vf<0, então a fonte está se aproximando do observador.
Essas variações de sinais fazem com que a fórmula do efeito Doppler seja muito interpretativa, com total dependência do contexto apresentado. Vamos aplicar esse conhecimento com uma questão da Fundação Getúlio Vargas:
(FGV)
Um carro trafega a 20 m/s em uma estrada reta. O carro se aproxima de uma pessoa, parada no acostamento, querendo atravessar a estrada. O motorista do carro, para alertá-la, toca a buzina, cujo som, por ele ouvido, tem 640 Hz. A frequência do som da buzina percebida pela pessoa parada é, aproximadamente,
Considere: a velocidade do som no ar é igual a 340 m/s e não há vento.
a) 760 Hz.
b) 720 Hz.
c) 640 Hz.
d) 600 Hz.
e) 680 Hz.
fo = ?
ff = 640 Hz
v = 340 m/s
vf = 20 m/s, com sinal negativo porque a fonte se aproxima do observador
vo = 0, porque o observador está parado
fo = 640 . [(340 + 0)/(340 – 20)]
fo = 640 . (340/320)
fo = 640 . (17/16)
fo = 640 . (17/16)
fo = 40.17
f0 = 680 Hz, conforme alternativa E.
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