SONIDO: EFECTO DOPPLER

                                      

EFECTO DOPPLER

U   E

Concepto. Es un fenómeno en el cual ocurre un aparente cambio en la frecuencia del sonido, o en la longitud de onda de la luz, que es debido al movimiento relativo del ente que la emite con relación a un observador que se encuentra fijo.Fenómeno físico en el que un observador escucha una fuente sonora cuya frecuencia cambia su valor de acuerdo a los siguientes casos:

CASO 1:

1. Cuando el observador se mueve y la fuente está en reposo

2. Cuando la fuente se mueve y el observador está en reposo

1. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 0,5 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 370 Hz

1. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 0,6 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 390 Hz

1. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 0,75 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 400 Hz

1. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 0,9 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 450 Hz

1. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 1,2 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 315 Hz

1. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 1,45 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 270 Hz

1. Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 1,6 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja, si emite con una frecuencia de 380 Hz

a)    Si el observador se acerca a la fuente: f_o = f . (v +v_o)                                                           

  v       

 

b)    Si el observador se aleja a la fuente:    f_o = f . (v - v_o)                                                           

  V

Identificación de variables relacionadas:  f_o – frecuencia para el observador    f - frecuencia de la fuente

v - velocidad del sonido (340 m/sg)     v_o – velocidad del observador       v_f – velocidad de la fuente

EJEMPLO CASO 1

Un observador se mueve con una velocidad de 0,8 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 350 Hz

Datos

f_o - ?                            V_o = 0,8 m/sg                           V  = 340 m/sg                    f   = 350 Hz

f_o = f . (v + v_o)                                                           

               v           
 reemplazo datos

                                   

f_o = 350 Hz . (340 m/sg + 0,8 m/sg)      f_o = 350 Hz . (340,8 m/sg)      f_o = 119280 Hz    f_o = 350,82 Hz

      340 m/sg                                       340 m/sg                     340

                                                                                                                       

f_o = f . (v - v_o)                                                           

               v           
 reemplazo datos

                                   

f_o = 350 Hz . (340 m/sg - 0,8 m/sg)      f_o = 350 Hz . (339,2 m/sg)      f_o = 118720 Hz    f_o = 349,17 Hz

      340 m/sg                                       340 m/sg                   340

EJERCICIOS

1.     Un observador se mueve con una velocidad de 0,5 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 370 Hz

2.     Un observador se mueve con una velocidad de 0,6 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 390 Hz

3.     Un observador se mueve con una velocidad de 0,75 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 400 Hz

4.     Un observador se mueve con una velocidad de 0,9 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 450 Hz

5.     Un observador se mueve con una velocidad de 1,2 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 315 Hz

6.     Un observador se mueve con una velocidad de 1,45 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 270 Hz

7.     Un observador se mueve con una velocidad de 1,6 m/sg con respecto a una fuente sonora. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando se acerca y cuando se aleja de la fuente que emite con una frecuencia de 380 Hz

TALLER 2.0

Instrucciones: Lea cuidadosamente los conceptos y ejemplos resueltos para desarrollar los ejercicios propuestos.              
                             

EFECTO DOPPLER (continuación)           

Concepto. Fenómeno físico en el que un observador escucha una fuente sonora cuya frecuencia cambia su valor de acuerdo a los siguientes casos:

CASO 2

Fórmulas.

a)    Si la fuente se acerca al observador:    f_o = f .    v    

   (v – v_f)

b)    Si la fuente se aleja al observador:        f_o = f .      v    v

     (v + v_f)

Identificación de variables relacionadas:  f_o – frecuencia para el observador    f - frecuencia de la fuente

v - velocidad del sonido (340 m/sg)     v_o – velocidad del observador       v_f – velocidad de la fuente

EJEMPLO CASO 1

Una fuente sonora se mueve con una velocidad de 0,8 m/sg con respecto a un observador. Calcular la frecuencia escuchada por el observador cuando la fuente se acerca y se aleja si emite con una frecuencia de 350 Hz

Datos

f_o - ?                            V_o = 0,8 m/sg                           V  = 340 m/sg                          f   = 350 Hz

a)

f_o = f .     V       v                                                              

           (v – v_f)      reemplazo datos

                                   

f_o = 350 Hz .            340 m/sg                     f_o = 350 Hz . (340 m/sg  )     f_o =350 Hz . 1,0023    f_o = 350,8 Hz

                     340 m/sg - 0,8 m/sg                                     339,,2 m/sg           

b)                                                                                                                    

f_o = f .      V    v                                                            

          (v + v_f)      reemplazo datos

                                   

f_o = 350 Hz .            340 m/sg                     f_o = 350 Hz . (340 m/sg  )      f_o =350 Hz . 0,99    f_o = 346,5 Hz
                     340 m/sg + 0,8 m/sg                                    340,8 m/sg            

EJERCICIOS

   

TALLER 3.0

Instrucciones: Lea cuidadosamente los conceptos y ejemplos resueltos para desarrollar los ejercicios propuestos en el cuaderno.

TRABAJO (W). Es la fuerza necesaria aplicada a un cuerpo para desplazar un cuerpo. Se mide en Julios y ergios

POTENCIA (P). Es el trabajo realizado en la unidad del tiempo. Se mide en Watts (vatios)

ENERGIA CINETICA (Ec). Depende de la masa y la velocidad del cuerpo. Se mide en Julios y ergios

ENERGÍA POTENCIAL (Ep). Depende de la masa, la gravedad del lugar y la altura a la que se encuentra el cuerpo. Se mide en Julios y ergios

Fórmulas:

W  =  F . x . Cos 0                        P  = W / t                   Ec  = m . v  / 2                         Ep = m . g . h

Identificación de variables relacionadas: F-fuerza, x-distancia, t-tiempo, m-masa, g-gravedad, h-altura

EJEMPLO DE TRABAJO Y POTENCIA.

Calcular el trabajo y la potencia de una fuerza de 10 Nw que mueve un objeto 10 m, durante 20 sg, con un ángulo de 0º

Solución.

W = F . x .,  Cos 0     reemplazo datos;   W = 10 Nw . 10 m . 1       entonces      W = 100 Nw . m     ó     W = 100 Julios

P = W / t      reemplazo datos;   P = 100 Julios / 20 sg    entonces       P = 5 Jul / sg         ó      P = 5 Watts

EJEMPLO DE ENERGÍA.

Calcular la energía cinética y potencial de un cuerpo de 2 Kg cuando se mueve con una velocidad  de 10 m/sg ó cuando se encuentra a una altura de 3 m de altura.

Solución.

Ec  = m . v  / 2    reemplazo datos;    Ec = 2 Kg . 10 m/sg  /  2   entonces   Ec =  2 Kg . 100m   /  sg   / 2

Ec = 200 Kg.m   / sg    / 2                  Ec = 100 Julios

Ep = m . g . h      reemplazo datos;    Ep =  2 Kg . 10 m/sg . 3 m  entonces   Ep =  60 julios.

EJERCICIOS DE TRABAJO Y POTENCIA.

1. Calcular el trabajo y la potencia de una fuerza de 15 Nw que mueve un objeto 5 m, durante 5 sg. con un ángulo de 0º

2. Calcular el trabajo y la potencia de una fuerza de 20 Nw que mueve un objeto 15 m, durante 10 sg. con un ángulo de 10º

3. Calcular el trabajo y la potencia de una fuerza de 25 Nw que mueve un objeto 20 m, durante 15 sg. con un ángulo de 20º

4. Calcular el trabajo y la potencia de una fuerza de 10 erg que mueve un objeto 25 cm, durante 20 sg. con un ángulo de 30º

5. Calcular el trabajo y la potencia de una fuerza de 15 erg que mueve un objeto 10 cm, durante 25 sg. con un ángulo de 45º

EJERCICIOS DE ENERGÍA.

1. Calcular la energía cinética y potencial de un cuerpo de 4 Kg cuando se mueve con una velocidad  de 15 m/sg ó cuando se encuentra a una altura de 1 m de altura.

2. Calcular la energía cinética y potencial de un cuerpo de 6 Kg cuando se mueve con una velocidad  de 20 m/sg ó cuando se encuentra a una altura de 2 m de altura.

3. Calcular la energía cinética y potencial de un cuerpo de 8 Kg cuando se mueve con una velocidad  de 25 m/sg ó cuando se encuentra a una altura de 4 m de altura.

4. Calcular la energía cinética y potencial de un cuerpo de 10 Kg cuando se mueve con una velocidad  de 30 m/sg ó cuando se encuentra a una altura de 5 m de altura.

5. Calcular la energía cinética y potencial de un cuerpo de 20 Kg cuando se mueve con una velocidad  de 35 m/sg ó cuando se encuentra a una altura de 6 m de altura.