Teoria do efeito doppler e características

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Efeito Doppler
Após estas simulações, vocês devem ter chegado à conclusão de que o som percebido pelo
observador depende do movimento relativo entre a fonte sonora e o observador.
Dizemos que depende do “movimento relativo”, pois vimos que se a fonte está parada e o
observador está em deslocamento, há alteração no som percebido, da mesma forma que se o
observador está parado e a fonte se move, também.
Generalizando, o efeito Doppler é a alteração da frequência percebida por um observador em
virtude do movimento relativo de aproximação ou afastamento entre fonte e observador.
Para visualizarmos melhor o porquê de a frequência ser percebida como mais alta na aproximação
e mais baixa no afastamento, precisamos primeiro entender como o som se propaga.
Efeito Doppler em ondas sonoras emitidas por um carro em movimento.
Reprodução – Gif da internet. Disponível em: https://www.radartutorial.eu/11.coherent/pic/doppler8.big.gif. Acesso em: 5 set. 2024.
Foco no conteúdo

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A imagem abaixo e à esquerda representa a emissão de ondas sonoras de frequência menor.
A imagem abaixo e à direita representa a emissão de ondas sonoras de frequência maior. Note
que os círculos brancos e pretos indicam a frequência do som emitido.
Assim como para as ondas que estudamos até então, se uma onda sonora tem uma
frequência mais alta, estes círculos (representando as cristas e vales na oscilação) estarão
mais próximos uns dos outros. Da mesma forma que se compararmos com uma frequência
mais baixa, os círculos estarão mais distantes uns dos outros.
Foco no conteúdo
A propagação do som no ar
Reprodução – PHET COLORADO, [s.d.].
Disponível em:
https://phet.colorado.edu/sims/html/sound-waves/l
atest/sound-waves_all.html?locale=
pt_BR. Acesso em: 5 set. 2024.

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Se considerarmos uma porção homogênea de ar com uma
temperatura constante, a velocidade do som se propagando no ar
também será constante.
Desta forma, pela equação fundamental, podemos inferir que se a
frequência do som aumentar, seu comprimento de onda irá diminuir.
A velocidade do som se propagando no ar a 15 ºC é 340 m/s.
Apesar deste valor ser diferente para temperaturas diferentes do ar,
na maioria das vezes consideramos este valor, 340 m/s, como a
velocidade do som no ar.
É por este motivo que os chamados aviões supersônicos não fazem
barulho ao se aproximarem e, de repente, o som de suas turbinas
chega atrasado em relação ao avião. Estes jatos voam na
velocidade maior que a do som. As ondas sonoras emitidas pelo jato
“ficam para trás”, como no gif ao lado.
Foco no conteúdo
Gif ilustrando corpo se movendo mais
rápido do que a velocidade do som..
Velocidade do som no ar
Reprodução – FRANCISCO ESQUEMBRE,
2011.
Veja no vídeo a seguir um F18 fazendo uma demonstração deste fenômeno:
NH MOTO. F18 hornet sonic boom. Disponível em:
https://www.youtube.com/watch?v=SOJ6yApmujg. Acesso em: 5 set. 2024.

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Agora que sabemos como as ondas sonoras se propagam no ar, vamos voltar
à discussão do efeito Doppler e o porquê de percebermos frequências mais
altas ou mais baixas, a depender do movimento relativo da fonte e observador.
Veja o GIF ao lado.
A fonte, inicialmente parada, gera ondas que são percebidas igualmente por
pontos a uma mesma distância dela, pois a separação das ondas geradas é
sempre a mesma.
Entretanto, quando ela começa a se mover para a esquerda, este movimento
faz com que as porções de onda à sua esquerda fiquem “comprimidas”.
Da mesma forma que as ondas à direita viajam na mesma velocidade inicial,
mas passam a ter uma distância maior umas das outras.
E é por isso que percebemos frequências diferentes.
Se essas ondas estivessem se aproximando de nós, perceberíamos uma
frequência aparente maior do que a frequência emitida pela fonte em repouso.
Por outro lado, se essas ondas estivessem se afastando de nós, a frequência
aparente seria menor do que a frequência da fonte parada.
Foco no conteúdo
Gif ilustrando Efeito Doppler ao mover
uma fonte geradora.
Propagação do som no ar e o Efeito Doppler
Reprodução – Gif da internet. Disponível em:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/
e/e4/Dopplereffectsourcemovingrightatmach1.4.gi
f
. Acesso em: 5 set. 2024.

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Efeito Doppler
Vamos agora aprender a calcular a frequência percebida por um observador que
experimenta o efeito Doppler.
A frequência percebida por um observador é descrita pela seguinte relação matemática:
Em que:
é a frequência percebida pelo observador;
é a frequência real emitida pela fonte;
é a velocidade do som no ar;
é a velocidade do observador;
é a velocidade da fonte.
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Foco no conteúdo
Efeito Doppler
A expressão do efeito Doppler, é válida com a seguinte convenção de sinais:
Orienta-se sempre positivamente do observador para a fonte.
Caso os sentidos de e coincidam com a orientação convencionada elas serão consideradas
positivas.
Caso contrário serão consideradas negativas