L'effetto Doppler descrive come cambia la frequenza di un'onda quando la sorgente o l'osservatore si sposta rispetto al mezzo. Questo è il motivo per cui la sirena suona con un tono più alto quando un'ambulanza si avvicina e con un tono più basso quando si allontana. Comprendere l'effetto Doppler è essenziale in acustica, radar, astronomia e ultrasuoni medici.

La Formula

Per le onde sonore (sorgente in movimento, osservatore fermo):

Observed Frequency = Source Frequency × (Speed of Sound) / (Speed of Sound ± Source Velocity)

Usa il segno meno se la sorgente si avvicina, più se si allontana.

Per le onde luminose (Doppler relativistico):

Observed Frequency = Source Frequency × √((1 - β) / (1 + β))

Dove β = velocità/velocità della luce.

Esempio realizzato

La sirena di un'ambulanza emette a 1.000 Hz. Il suono viaggia nell'aria a una velocità di 343 m/s. L'ambulanza si avvicina a 30 m/s.

Observed Frequency = 1,000 × 343 / (343 - 30)
                   = 1,000 × 343 / 313
                   = 1,000 × 1.096
                   = 1,096 Hz

La sirena in avvicinamento suona circa il 9,6% più alta. Dopo essere passato e allontanato a 30 m/s:

Observed Frequency = 1,000 × 343 / (343 + 30)
                   = 1,000 × 343 / 373
                   = 920 Hz

La diminuzione da 1.096 Hz a 920 Hz è drammatica: uno spostamento di circa 176 Hz.

Applicazioni

Radar e cannoni veloci: Emettono onde radio, misurano lo spostamento di frequenza nelle onde riflesse per calcolare la velocità del veicolo.

Astronomia: Le stelle che si muovono verso la Terra mostrano uno spostamento verso il blu (frequenza più alta). Le stelle che si allontanano mostrano uno spostamento verso il rosso (frequenza più bassa). Ciò ha rivelato che l’universo si sta espandendo.

Imaging a ultrasuoni: l'ecografia Doppler misura il flusso sanguigno rilevando lo spostamento di frequenza delle onde riflesse dai globuli rossi in movimento.

Approfondimento chiave

L'effetto Doppler dipende solo dal movimento relativo. Un osservatore stazionario e una sorgente in avvicinamento producono lo stesso effetto di una sorgente stazionaria e di un osservatore in avvicinamento (sebbene i calcoli differiscano leggermente).

Suggerimenti

Per velocità non relativistiche (molto più lente della luce), utilizzare la formula del suono. Per velocità leggere o molto elevate, utilizzare la formula relativistica. L'effetto è più pronunciato per le onde ad alta frequenza e ad alta velocità.

Utilizza il nostro Calcolatore dell'effetto Doppler per trovare la frequenza osservata per qualsiasi sorgente e velocità dell'osservatore.