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Por qué la misma fórmula que describe el efecto de Doppler en el caso de la luz en diferentes situaciones?

He hecho la comparación entre el efecto Doppler en la luz y el sonido y una cosa interesante de la que yo vi fue que en el caso del sonido existen diferentes fórmulas para encontrar la frecuencia aparente en situación diferente (como observador en movimiento,fuente de mover,mover, etc) debido al efecto Doppler, pero en el caso de la luz sólo hay una fórmula necesaria para describir estas situaciones.¿Por qué es así?

Mis pensamientos:me parece una consecuencia de la constancia de la velocidad de la luz en cualquier marco de referencia.

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joshphysics Puntos 34367

Sus pensamientos son, básicamente, a la derecha; el punto esencial es que las ondas de sonido viajan a través de un medio a una cierta velocidad, $c_s$, y como resultado, existe una asimetría entre los efectos debido a la velocidad de la $v_o$ del observador en relación a la media y de la velocidad de la $v_s$ de la fuente en relación a la media, pero no este tipo de asimetría que existe en el efecto Doppler para la luz.

Para conseguir una manija en esto, recordar que, cuantitativamente, el efecto Doppler para el sonido está expresada por la siguiente fórmula que relaciona la frecuencia observada $f_o$ a la frecuencia de $f_s$ que se observa a continuación, uno está en reposo con respecto a la fuente; \begin{align} f_o = \frac{c_s+v_o}{c_s+v_s} f_s \end{align} La convención de signos aquí es que $v_o$ es positivo si el observador se mueve hacia la fuente, y negativo si ella se está alejando, y $v_s$ es positivo si la fuente se aleja del observador, y negativo si se está moviendo hacia el receptor. Para comprender la asimetría entre el observador y la velocidad de la fuente, supongamos que $v_s = 0$, es decir, la fuente está parado en el medio, entonces la relación se convierte en \begin{align} f_o = \frac{c_s+v_o}{c_s} f_s \end{align} Ahora, observe que el observador puede hacer $v_o$ tan alto como a uno le plazca (al menos si hacemos caso de la velocidad de la luz restricción) moviendo a través del medio hacia la fuente tan rápido de que a uno le plazca. Esto permite observar arbitrariamente altas frecuencias moviendo más rápido y más rápido a través del medio hacia la fuente. Por otro lado, si el observador de la velocidad es cero, entonces tenemos \begin{align} f_o = \frac{c_s}{c_s+v_s} f_s \end{align} y esta vez, la consecución arbitrariamente altas frecuencias observadas implica movimiento a través del medio con el negativo de la $v_s$ que tiene una magnitud cercana a $c_s$. En otras palabras, tendría que organizar para que la fuente se mueve hacia el observador a una velocidad justo por debajo, pero muy cercano a la velocidad del sonido en el medio. Esto es completamente diferente de lo que hay que hacer cuando era el observador, que se mueve hacia una fuente estacionaria!

Para que la luz se mueve en el vacío de la relatividad, uno no encuentro esta asimetría debido a que la luz no necesita moverse a través de un medio, y la única cosa que importa en el efecto Doppler para la luz es la relación de velocidad entre el observador y la fuente. En particular, no hay manera de distinguir entre el observador se mueve hacia el origen a una cierta velocidad o la fuente se mueve hacia el observador a la misma velocidad.

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