En términos del efecto Doppler, ¿qué sucede cuando la fuente se mueve más rápido que la onda?

Solo estoy tratando de entender este problema desde una perspectiva cualitativa. El efecto Doppler se explica comúnmente en términos de cómo una sirena suena más alta cuando se acerca a un observador en particular. Entiendo que esto se debe a que la velocidad de la onda es constante y, por lo tanto, la frecuencia de las ondas aumenta a medida que se agrupan. ¿Qué pasaría si se montara una sirena en, digamos, un avión que viaja a una velocidad supersónica? Para aclarar, ¿qué observaría/escucharía el observador? Disculpen si mi pregunta no es frase muy bien mis conocimientos de fisica son muy rudimentarios.

El hilo vinculado por Nicolau trata sobre un observador en movimiento. Esta pregunta es sobre una fuente en movimiento. La ecuación dada en el comentario de Eudoxo sobre la otra pregunta es la del caso de la fuente móvil, por lo que en realidad sería más relevante aquí.

Respuestas (2)

La primera imagen muestra un objeto que viaja a Mach 1 ( v = C ). El segundo muestra el objeto viajando a una velocidad supersónica ( v > C ). En ambos casos, las ondas de presión longitudinales se acumulan. Digamos que el observador está parado en el suelo y el objeto viaja a C . El observador no puede escuchar el tono del sonido porque las ondas lo alcanzan todas a la vez y, por lo tanto, escucharía un fuerte "golpe". Lo más necesario es que tuvo que esperar hasta que llegue la fuente. Cuando la fuente está directamente sobre su cabeza, escucha las ondas de choque.

Cuando el objeto rompe la barrera del sonido (supersónico), es algo peor. El mismo "golpe" fuerte se produce aquí. Pero, el observador notaría un retraso en el sonido (es decir) tiene que esperar a que las ondas de choque lo alcancen. También está este cono Mach producido por estas ondas ya que las ondas se agrupan muy rápido detrás del objeto. Y así, hay una región de alta presión al principio seguida de una zona de baja presión. Por lo tanto, si el objeto pasa a una distancia comparable, genera muchas molestias, "rompiendo cosas", etc.

Lo cómico es que, para alguien dentro del avión, todavía puede hablar con su compañero, puede escuchar el golpe de una pelota en el avión, etc. El problema es solo para el observador lejano que sufre...

De la imagen supersónica parece que un observador situado justo debajo de la línea de movimiento escucharía primero las ondas sonoras más recientes y después las ondas menos recientes. ¿Significa eso que escucharía el sonido al revés?
@BartArondson: Hola, Bart. Para responder a su pregunta, No y Sí . Todos los frentes de onda llegarían a sus oídos más o menos al mismo tiempo (para un observador humano, la diferencia entre el tono, no puede notarlo debido a los grandes números en velocidad). Es por eso que mencioné que un observador escucharía un "golpe" en lugar de un "tono". Pero, si el receptor es tan sensible (es decir, puede diferenciar los sonidos con un poco de cámara lenta) y se coloca a lo largo del camino de la fuente, ¡entonces tiene toda la razón! Los frentes de onda recientes le llegarían primero ;-)

Alguien parado en el suelo escucharía un estampido sónico. El sonido viajaría desde el avión como un frente de onda coherente, todos los picos estarán en el mismo lugar viajando a la velocidad del sonido (mira una imagen en wiki, http://en.wikipedia.org/wiki/Sonic_boom ) y sonará como un boom instantáneo. No estoy del todo seguro de lo que escucharía el piloto, supongo que sería silencioso para él. Podría estar equivocado.

Re tu última línea... Todo en el avión continúa. Por ejemplo, tome algunos aviones de pasajeros. Si alguien le está hablando a alguien, ambos seguirán escuchando lo que se están hablando ;-)
En términos del efecto Doppler, ¿qué sucede cuando la fuente se mueve más rápido que la onda?
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