Nava Rivera Oscar Eduardo
Examen 2, Corrección
26 de Febrero del 2014
Bibliografia: http://www.ojocientifico.com/3669/que-es-el-efecto-doppler
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/sonidoEfecto_Doppler.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_M%C3%B6%C3%9Fbauer

2A. Significado del efecto Doppler

El efecto Doppler es un fenómeno físico donde un aparente cambio de frecuencia de onda es presentado por una fuente de sonido con respecto a su observador cuando esa misma fuente se encuentra en movimiento. Este fenómeno lleva el nombre de su descubridor, Christian Andreas Doppler, un matemático y físico austríaco que presentó sus primeras teorías sobre el asunto en 1842.
El efecto Doppler no es simplemente funcional al sonido, sino también a otros tipos de ondas, aunque los humanos tan solo podemos ver reflejado el efecto en la realidad cuando se trata de ondas de sonido.
El efecto Doppler es el aparente cambio de frecuencia de una onda producida por el movimiento relativo de la fuente en relación a su observador. Si queremos pensar en un ejemplo de esto es bastante sencillo.
Seguramente más de una vez hayas escuchado la sirena de un coche policía o de una ambulancia pasar frente a ti. Cuando el sonido se encuentra a mucha distancia y comienza a acercarse es sumamente agudo hasta que llega a nosotros.
Cuando se encuentra muy cerca nuestro el sonido se hace distinto, lo escuchamos como si el coche estuviera parado. Luego cuando continúa su viaje y se va alejando lo que escuchamos es un sonido mucho más grave.
Esto ocurre ya que las ondas aparentan comenzar a juntarse al mismo tiempo que el coche se dirige hacia una dirección. La imagen de abajo explica mejor esta idea sobre las ondas y la velocidad de los coches.
Como pueden ver en la imagen, el micrófono capta el sonido producido por el coche verde con una onda menos intensa y menos aguda, lo mismo que pasaría si nosotros estuviésemos en el lugar del micrófono. Por otro lado, el coche anaranjado que va avanzando presenta ondas con mucha más intensidad y por tanto también mucho más agudas.

Tabla 1.

La aberración estelar es sobre de:	SI o NO
La distancia de astro desde Tierra	No
La posición observada de astro	No
La posición real de astro	Si
Un movimiento real de las estrellas	Si
Un movimiento aparente de las estrellas	No
Cambio de posición de la Tierra	No
La velocidad de la Tierra relativo a Astro	No
La velocidad de la Tierra relativo a Sol	No
La velocidad de la Tierra relativo a su otro posición en dos diferentes épocas del año ¿Estos son dos marcos de referencias?	No
Naturaleza de la luz, propiedad de la luz	Si
La dirección de vector de velocidad de la luz	No
La dirección de vector de velocidad de la luz no es propiedad de la luz	Si
La dirección de vector de velocidad de la luz es dependiente de elección de marco de referencia	Si

Tabla 2

Efecto Doppler signica que:	SI o NO
El cambio de frecuencia (sonido) es aparente	No
El cambio de frecuencia (sonido) es real	Si
El movimiento de fuente de ondas electromagneticas (de onda de sonora) con respeto al observador	Si
Un movimiento real de Astro (fuente)	Si
Un movimiento aparente de Astro (fuente)	No
La posición de la Tierra se cambia	No
La velocidad de la Tierra relativo a Astro	Si
La velocidad de la Tierra relativo a Sol	Si
>Astro sabe quién medio energía (color) de la luz? >Ambulancia sabe quién escucha sonido?	No
La velocidad de la Tierra relativo a su otro posición en dos diferentes épocas del año >Estos son dos marcos de referencias?	Si
cuál es la Naturaleza de la luz, propiedad de la luz	Si
La energía de la luz no es propiedad de la luz	Si
energía (frecuencia) de la luz es dependiente de elección de marco de referencia	Si

2B. Sonido

¿ Has notado cómo el tono de las sirenas de las ambulancias, de los bomberos o de la policía, cambia a medida que el auto se nos acerca?. La frecuencia es mayor a medida que el auto se nos acerca, luego, cambia súbitamente a una frecuencia menor a medida que se aleja. Este fenómeno es conocido como el Efecto Doppler. (La frecuencia es el número de vibraciones completas por segundo medidas en una posición fija).

                                 

 En este dibujo se puede ilustrar este efecto. La fuente sonora se mueve hacia la derecha, con una cierta velocidad, emitiendo ondas que se propagan en círculos centrados en la posición de la fuente (los observadores están ubicados uno adelante y otro atrás de la fuente en el momento que se generan las ondas.)

La frecuencia de la fuente sonora no cambia, pero cuando la fuente se acerca hacia el observador de adelante, más ondas se acumulan entre ellos. La longitud de onda se acorta. Aunque la velocidad del sonido no cambia, la frecuencia del sonido detectado aumenta.

En cambio, cuando la fuente se aleja del detector (de la persona que está detrás), la longitud de onda aumenta y la frecuencia detectada es menor. El efecto Doppler también se presenta si la fuente se encuentra estacionaria, y el detector está en movimiento.

2C. Efecto Doppler para rayos-gamma

Con anterioridad se había observado la emisión y absorción de rayos X por parte de gases, por lo tanto se pensaba que un fenómeno similar se observaría con los rayos gamma, que se originan en las transiciones nucleares (a diferencia de los rayos X que se producen por transiciones de electrones). Sin embargo, fallaron los intentos por observar resonancias de rayos gamma en gases debido a la energía que se pierde en el retroceso, lo que imposibilita la resonancia (el efecto Doppler también ensancha el espectro de los rayos gamma). Sin embargo Mössbauer pudo observar resonancias en iridio en estado sólido, lo que disparó la pregunta sobre por qué era posible observar resonancia de rayos gamma en los sólidos, pero no en los gases. Mössbauer propuso que, para el caso de átomos que se encuentran contenidos dentro de un sólido, bajo ciertas circunstancias una fracción de los eventos nucleares podían tener lugar sin que se produjera un retroceso. Atribuyó la resonancia observada a esta fracción de eventos nucleares en los cuales no se dispersaría energía en fenómenos de retroceso. Por este descubrimiento se le concedió el Premio Nobel de Física en el año 1961 junto con Robert Hofstadter por su trabajo en el campo de la dispersión de electrones en el núcleo de los átomos.

En general, los rayos gamma son producto de transiciones nucleares: entre un estado inestable de alta energía, a un estado de menor energía. La energía del rayo gamma emitido corresponde a la energía de la transición nuclear, menos la cantidad de energía que se pierde en el retroceso (o desplazamiento) del átomo que la emite. Si la "energía de retroceso" que se pierde es pequeña comparada con el ancho de la energía de la transición nuclear, entonces la energía del rayo gamma todavía se corresponde con la energía de la transición nuclear, y el rayo gamma puede ser absorbido por un segundo átomo del mismo tipo que el primero. Esta emisión y posterior absorción es llamada resonancia. Energía de retroceso adicional es también utilizada durante la absorción, de forma tal que para que la resonancia pueda producirse la energía de retroceso debe ser menor que la mitad de la energía correspondiente a la transición nuclear.
La cantidad de energía en el cuerpo que experimenta el retroceso se puede calcular aplicando conservación del momento:

donde P_R es el momento del cuerpo que retrocede, y P_γ es el momento del rayo gamma. Sustituyendo la energía en la ecuación se obtiene:

donde E_R es la energía que se disipa como retroceso, E_γ es la energía del rayo gamma, M es la masa del cuerpo que emite o absorbe, y c es la velocidad de la luz. En el caso de un gas los cuerpos que emiten y absorben son los átomos, por lo que la masa es pequeña, y en consecuencia una gran energía de retroceso, lo cual imposibilita se produzca la resonancia. (Se debe notar que la misma ecuación es aplicable a las pérdidas de energía de retroceso en los rayos X, pero como la energía del fotón es mucho menor, la pérdida de energía es mucho menor y por lo tanto hace posible que la resonancia ocurra en la fase gaseosa con rayos X.)
En un sólido, los núcleos forman parte de una red y por lo tanto su retroceso ocurre de manera distinta que en un gas. La red en su conjunto experimenta un retroceso pero la energía de retroceso es ínfima porque la M en la ecuación indicada previamente corresponde a la masa de toda la red. Sin embargo, la energía liberada en un decaimiento puede ser tomada (o suministrada) por vibraciones de la red de átomos que forman el sólido. La energía de estas vibraciones está conformada por paquetes cuantizados de energía llamados fonones. El efecto Mössbauer ocurre porque existe una probabilidad finita de que ocurra un decaimiento que no involucre fonones. O sea en algunos de los eventos nucleares (la fracción sin retroceso), toda la red cristalina actúa como un cuerpo en retroceso, y por lo tanto los eventos pueden ser considerados a los fines prácticos como sin retroceso. En estos casos, dado que la energía de retroceso es ínfima, los rayos gammas emitidos poseen la energía apropiada y por lo tanto se puede producir la resonancia.

2D. Ejemplo relatividad de espacio.

 Se esta en un centro comercial a una hora determinada, pasadas dos horas salen y permanecen en la plaza comercial, en este caso no habríamos cambiado el marco de referencia inicio y el acontecimiento se habría dado ahí, pero, si cambiaramos de marco de referencia diriamos que salimos al estacionamiento por ejemplo o a la avenida, esto dependiendo que marco de referencia que se tome.