Desenvolvimento Economico

O mecanismo da Audição Humana

E

Efeito Doppler

Matéria: Física

Prof. : Ariel

Alunos: Inaiê dos Santos, Elisangela Almeida e Taynara Neves

Série : 2º Ano ‘’E’’ - Noturno

O nome efeito Doppler é uma referência ao físico austríaco Christian Johann Doppler, que o estudou e descreveu. Ele escreveu um artigo onde afirma que a frequência do som percebida por um observador depende do movimento relativo entre a fonte emissora do som e o observador. Esse fenômeno pode ser escrito da seguinte forma:

O efeito Doppler é a alteração da frequência sonora percebida pelo observador em virtude do movimento relativo de aproximação ou afastamento entre a fonte e o observador.

Um exemplo típico do efeito Doppler é o caso de uma ambulância com a sirene ligada quando ela se aproxima ou se afasta de um observador. Quando ela se aproxima do observador o som é mais agudo e quando ele se afasta o som é mais grave. Esse é um fenômeno característico de qualquer propagação ondulatória, e ele é muito mais presente no cotidiano do que pensamos.

O Efeito Doppler é utilizado para medir a velocidade de objetos através de ondas que são emitidas por aparelhos baseados em radiofrequência ou lasers como, por exemplo, os radares. Na astronomia esse fenômeno é utilizado para medir a velocidade relativa das estrelas e outros objetos celestes em relação ao planeta Terra. E na medicina o efeito doppler é utilizado nos exames de ecocardiograma para medir a direção e a velocidade do fluxo sanguíneo ou do tecido cardíaco.

O efeito Doppler não ocorre somente com o som. Como foi dito, esse fenômeno é característico de propagações ondulatórias, ou seja, é possível observar esse fenômeno com qualquer tipo de onda. Dessa forma, podemos observar o efeito Doppler com a luz, que também é uma onda. Para esse caso, o fenômeno do efeito Doppler se manifesta na mudança de cor que é percebida pelo observador, uma pessoa, por exemplo, que se aproxima de um sinal de trânsito que está vermelho, percebe a coloração vermelha mais intensa se ela estiver parada, pois a frequência de onda luminosa é maior do que quando a pessoa está em movimento.

Características

Ondas emitidas por objetos estáticos se propagam em todas as direções de maneira uniforme. Seu comprimento de onda é λ=2π/β, sendo β uma constante que define o meio pelo qual a onda de propaga, chamada constante de fase. A velocidade de fase da onda é dada por , logo . Quando um objeto está em movimento, as ondas emitidas estão em pontos diferentes ao longo da trajetória. Isto implica que cada onda emitida está mais próxima da onda anteriormente emitida, logo seu comprimento de onda tem um valor diferente, dependendo do ponto onde se observe a onda. O comprimento de onda observado é maior ou menor conforme sua fonte se afaste ou se aproxime do observador. Se o comprimento de onda variar, a sua frequência varia também.

No caso de aproximação, a frequência aparente da onda recebida pelo observador fica maior que a frequência emitida. Ao contrário, no caso de afastamento, a frequência aparente diminui.

Um exemplo: ao atirar uma pedra em um lago, se olharmos por cima veremos que as ondas estão igualmente espaçadas. Quando uma pedra é atirada de modo a quicar na superfície da água, observamos que à frente da pedra a distância entre as ondas é menor. Se o comprimento de onda diminui, a frequência aumenta. Quando o objeto se afasta, a distância entre as ondas é maior, o que implica que a freqüência é menor.

Outro exemplo típico é o caso de uma ambulância com sirene ligada que passe por um observador. Ao se aproximar, o som é mais agudo ao se afastar, o som é mais grave. De modo análogo, ao trafegar em uma estrada, o ruído do motor de um automóvel que vem em sentido contrário apresenta-se mais agudo enquanto ele se aproxima e mais grave a partir do momento em que se afasta (após cruzar com o observador).

Para a luz, este fenómeno é observável quando a fonte e o observador se afastam ou se aproximam com grande velocidade relativa. Neste caso, o espectro da luz recebida apresenta desvio para o vermelho (quando se afastam) e desvio para o violeta (quando se aproximam).

Medida de velocidades

O efeito Doppler permite medir a velocidade de objetos através da reflexão de ondas emitidas pelo próprio equipamento de medida, que podem ser radares, baseados em radiofreqüência, ou lasers, que utilizam frequências luminosas. É muito utilizado para medir a velocidade de automóveis, aviões, bolas de tênis e qualquer outro objeto que cause reflexão, como, na Mecânica dos fluidos e na Hidráulica, partículas sólidas dentro de um fluido em escoamento.

Basicamente um radar detecta a posição e velocidade de um objeto transmitindo uma onda e observando o eco. Um radar de pulso emite uma rajada (Burst) curta de energia. Depois o receptor é ligado para “escutar” o eco. O transmissor do radar pode operar melhor se uma onda for emitida continuamente, desde que haja a possibilidade de separar o sinal transmitido do eco no receptor. A potencia do eco é da ordem de vezes menor que o sinal transmitido, ou até menor. O desvio de frequência resultante de objetos em movimento é conhecido como “Frequência de desvio Doppler” (FD). Se há uma distância X entre o objeto e o radar, o número total de comprimentos de onda existentes entre o sinal do radar e do objeto é dado por 2R/ λ. Já que uma onda corresponde a 2π radianos, a excursão angular entre o caminho de ida e volta do objeto é . Para objetos em movimento a distância muda sempre, o que implica que Φ também varia. Uma mudança de Φ no tempo implica mudança de frequência. A frequência de desvio Doppler é a diferença entre a freqüência da onda transmitida (Ft) e a freqüência recebida no receptor (Fr): Ft = |Ft-Fr| ω = 2πFd

Podemos determinar uma fórmula geral para calcular a freqüência percebida pelo observador, ou seja, a freqüência aparente.

• Supondo que o observador esteja em repouso e a fonte se movimente:

Para o caso onde a fonte se aproxima do observador, há um encurtamento do comprimento da onda, relacionado à velocidade relativa, e a freqüência real será menor que a observada

O Mecanismo da audição Humana

O som é produzido