EFEITO DOPPLER - FIZEAU

Efeito Doppler-Fizeau

1. A Física e o Cotidiano

A aproximação ou o afastamento de fontes sonoras de frequência constante produzem percepções respectivamente, de som mais agudo e mais grave.

2. A Física e o mundo

A ultrassonografia com efeito Doppler aumenta a nitidez das imagens como mostra a ilustração abaixo com detalhes do rosto do feto no ventre materno.

O efeito Doppler permite a observação de estrelas duplas pela variação da posição das linhas espectrais.

Binária espectroscópica

Em uma binária espectroscópica, o movimento orbital é evidenciado pelos desvios periódicos das linhas do espectro para o azul e para o vermelho.

3. A Física e o laboratório

Um oscilador em movimento é um modelo mecânico para a visualização das frentes de ondas no efeito Doppler-Fizeau.

O Efeito Doppler-Fizeau ocorre, também, para a luz e para as demais ondas eletromagnéticas.

4. Efeito Doppler-Fizeau

É o fenômeno que ocorre quando há aproximação ou afastamento entre um observador e uma fonte de ondas e que consiste na variação aparente da frequência da onda.

Aproximação

Quando há aproximação entre o observador e a fonte, o observador recebe mais frentes de onda do que receberia se ambos estivessem em repouso.

Sendo f_o a frequência aparente percebida pelo observador e f_F a frequência real emitida pela fonte, tem-se, neste caso:

fo > fF

Afastamento

Quando há afastamento entre o observador e a fonte, o observador recebe menos frentes de onda do que receberia se ambos estivessem em repouso.

Nesse caso:

fo < fF

Cálculo da frequência aparente

Sendo:

f_o = frequência (aparente) recebida pelo observador.

f_F = frequência emitida pela fonte.

v = velocidade de propagação da onda.

v_o = velocidade do observador.

v_F = velocidade da fonte.

E considerando o meio de propagação da onda em repouso em relação à Terra, pode-se demonstrar que:

Na demonstração da fórmula anterior, convenciona-se como positivo o sentido observador → fonte.

Exercícios Propostos

1. (UFRN-MODELO ENEM) – Um maestro divertia-se com o seu filho no carrossel de um parque de diversões enquanto o alto-falante do parque tocava uma música. 

Tendo a orelha muito sensível a variações de frequências, o maestro percebeu que, enquanto o carrossel girava, os sons emitidos pelo alto-falante se tornavam mais graves ou mais agudos, dependendo da posição do carrossel.

A figura a seguir representa o alto-falante do parque e o carrossel nas suas proximidades. Nela, são indicados os pontos I, II, III e IV; em dois desses pontos, o maestro percebeu mudanças na frequência do som emitido.

Alto-falante	Carrosel

O maestro percebeu que o som era mais grave e mais agudo, respectivamente, nos pontos

a) II e IV

b) II e III

c) I e V

d) I e III 

2. Quando uma estrela se afasta da Terra, em virtude do Efeito Doppler, o espectro de sua luz, observado na Terra, desvia-se 

a) para o lado da cor vermelha;

b) para o lado da cor violeta;

c) para o lado da cor de maior frequência;

d) para o lado da cor de menor comprimento de onda;

e) para o lado da cor de maior velocidade no vácuo.

3. (UFSM-RS-MODELO ENEM) – Ondas ultrassônicas são emitidas por uma fonte em repouso em relação ao paciente, com uma frequência determinada. Essas ondas são refletidas por células do sangue que se _____________ de um detector de frequências em repouso, em relação ao mesmo paciente. Ao analisar essas ondas refletidas, o detector medirá frequências _____________ que as emitidas pela fonte. Esse fenômeno é conhecido como _____________.

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas.

a) afastam – menores – Efeito Joule

b) afastam – maiores – Efeito Doppler

c) aproximam – maiores – Efeito Joule

d) afastam – menores – Efeito Doppler

e) aproximam – menores – Efeito Tyndal

4. No esquema abaixo, A é uma ambulância que se move a 108km/h e C é um carro que se move em sentido oposto ao movimento da ambulância com velocidade de módulo 36km/h.

A ambulância, tocando sirene, emite um som de frequência 900Hz.

Se o módulo da velocidade do som no ar (suposto parado) é de 330m/s, calcule a frequência aparente do som ouvido pelo motorista de C:

a) antes do cruzamento do carro C com a ambulância;

b) depois do cruzamento do carro C com a ambulância.

Gabarito Exercícios Propostos

1. Resolução: 

As alterações aparentes percebidas pelo maestro na frequência do som do alto-falante devem-se ao Efeito Doppler.

Pontos (I) e (III): Não há aproximação nem afastamento entre o observador e a fonte sonora. Por isso, nessas posições, a frequência percebida pelo maestro é igual à real.

Ponto (IV): O observador aproxima-se da fonte sonora. Logo, a frequência aparente percebida por ele é maior que a real, com percepção de um som mais agudo.

Ponto (II): O observador afasta-se da fonte sonora. Logo, a frequência aparente percebida por ele é menor que a real, com percepção de um som mais grave.

Resposta: A

2. Resposta: A

3. Resolução: 

No afastamento relativo entre o observador (detector de frequências) e a fonte das ondas (células de sangue que refletem os ultras sons), a frequência aparente registrada é menor que a real. Isso se deve ao chamado Efeito Doppler.

Resposta: D 

4. Resolução: 

a)

   

   f_o = 800 Hz