¿Es mejor llamar al efecto doppler un cambio en la longitud de onda o en la frecuencia?

El desplazamiento doppler provoca un desplazamiento de la longitud de onda en el origen de la onda (la frecuencia de la fuente nunca cambia). Esto resulta en un cambio de frecuencia para el observador.

En el siguiente enlace puede ver que la emisión de la onda para una fuente en movimiento hace que la longitud de onda sea más corta por delante y más larga por detrás. La fuente real no está cambiando en frecuencia. Así que es una cuestión de relatividad. Para el observador que viaja (en la fuente), solo cambia la longitud de onda, para el observador estacionario (que experimenta el desplazamiento Doppler), tanto la frecuencia como la longitud de onda han cambiado.

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Para las ondas que son transportadas por un medio (ondas sonoras, olas del mar,...) hay que distinguir dos casos

• fuente fija, observador en movimiento: la longitud de onda no cambia, pero para el observador en movimiento, la frecuencia es diferente porque, desde su punto de vista, la velocidad de las ondas no es la verdadera.

• fuente móvil, observador fijo: la longitud de onda es diferente, y la frecuencia también es diferente, ya que la velocidad de la onda es la misma.

La expresión exacta del desplazamiento Doppler en términos de la velocidad y la velocidad del "compañero" en movimiento no es la misma. Estoy dando la expresión para la frecuencia.$\nu$en términos del original$\nu_0$por velocidad$v$del compañero móvil y la velocidad$V$de la ola

-Fuente fija

• observador moviéndose hacia la fuente $$\nu=\nu_0\ {\frac {V+v} V}$$
• observador alejándose de la fuente,$v\le V$ $$\nu=\nu_0\ {\frac {V-v} V}$$
• observador alejándose de la fuente,$v\ge V$ $$\nu=\nu_0\ {\frac {v-V} V}$$ siempre que la fuente haya comenzado a emitir el tiempo suficiente antes de que el observador la alcance, y el observador aún no haya alcanzado la primera onda emitida por la fuente

Longitud de onda sin cambios

-Observador fijo

• fuente moviéndose hacia el observador$v\lt V$ $$\nu=\nu_0\ {\frac V {V-v} }$$
• observador alejándose de la fuente, $$\nu=\nu_0\ {\frac V {V+v} }$$

Si la fuente se mueve hacia el observador con$v\ge V$, la onda aún no ha tenido tiempo de alcanzar al observador.

En todos los casos la longitud de onda es$V/\nu$. (Lamento que el personaje$\nu$porque la frecuencia está tan cerca de$v$. ;) )

La situación es diferente para la luz. La velocidad de la luz es siempre la misma. Los cambios en frecuencia y longitud de onda son siempre recíprocos. ¡Pero la expresión del desplazamiento Doppler en la relatividad especial sigue siendo una tercera! Para la luz, cuya velocidad es siempre$c$, la relatividad nos dice que no importa cuál se mueve y cuál está fijo

• observador y fuente acercándose $$\nu=\nu_0 \sqrt {\frac {c+v}{c-v}}$$
• observador y fuente alejándose $$\nu=\nu_0 \sqrt {\frac {c-v}{c+v}}$$

En ambos casos la longitud de onda es$c/\nu$

En el caso de que$v$es mucho más pequeño que$V$(o$c$!!) las tres expresiones para la frecuencia son muy cercanas, ya sea para que la fuente y el observador se acerquen o se alejen. La longitud de onda, por otro lado, cambia de la misma manera para la luz y el observador fijo, pero por supuesto no cambia en absoluto para la fuente fija.

Por lo tanto, es mejor pensar en términos de frecuencia. Para$v$mucho más pequeño que$V$, la variación relativa${\frac {\Delta \nu } \nu}= {\frac \nu{\nu_0}}-1$siempre esta muy cerca de$v/V$por acercarme y$-v/V$por llegar más lejos. para la luz$V=c$.

En el caso de un observador que viaja, hay un cambio en la longitud de onda, y la magnitud y el signo del cambio en la longitud de onda dependen de la velocidad del observador. Digamos que un observador se mueve hacia una fuente estacionaria emitiendo pulsos con una frecuencia de 'f' con una velocidad vo. Un pulso llega al observador y la próxima vez que un pulso llegue al observador, el observador habrá recorrido una distancia 'vo/f' hacia el pulso. Aquí, la velocidad relativa entra en escena y, por lo tanto, la longitud de onda cambia debido al efecto doppler.

La longitud de onda no cambia, pero la velocidad relativa del sonido cambia, por lo que la frecuencia cambia. Cuando un objeto se mueve, la velocidad de la onda de sonido del objeto es diferente para el observador y ya no es de 330 m/s.