El efecto Doppler

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¿Qué relación existe entre el efecto Doppler, la audición y las fuentes sonoras?

El efecto Doppler es un fenómeno físico que se produce en nuestro día a día más a menudo de lo que creemos. Lo notamos en varios ámbitos, de la percepción de los sonidos a la de la luz, y tiene un papel importante también en el campo médico y de la ingeniería.

¿Qué es el efecto Doppler?

Descubierto en 1842 en Viena por Christian Doppler, de quien toma el nombre, el efecto Doppler consiste en la percepción de la frecuencia de una emisión por parte de un observador que está parado en un determinado punto cuando la fuente de la frecuencia o del ruido está en movimiento. 

El efecto Doppler afecta a las ondas sonoras, que se propagan a través de del aire. Estas se perciben como una variación del tono de sonido mientras nos alejamos o acercamos a la fuente. Este fenómeno también afecta a las ondas electromagnéticas, que no necesitan ningún medio para propagarse.

El efecto Doppler es importante en varios ámbitos, como la medicina y la navegación, pero sobre todo en astrofísica y cosmología: en 1929, justamente gracias al efecto Doppler, Hubble descubrió la expansión del universo, ya que comprendió que las galaxias se alejan de nosotros con una velocidad proporcional a la distancia. 

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El efecto Doppler y su relación con la audición

El efecto Doppler tiene un impacto importante en nuestra percepción auditiva. Sobre todo, nos permite saber si el sonido está en movimiento, si se está acercando o alejando y, en consecuencia,  nos permite reaccionar ante situaciones de peligro o facilitando que dejemos pasar una ambulancia. 

¿Cómo funciona nuestra audición?

El oído es un sentido realmente importante ya que nos permite vivir con serenidad nuestro día a día. Un proceso que parece tan sencillo, en realidad implica a varios órganos que trabajan de manera sincronizada para permitirnos oír sonidos y ruidos. 

Las ondas sonoras son vibraciones que entran por el oído y generan impulsos nerviosos que nuestro cerebro interpreta como sonidos. Afectan a todas las partes del oído, tanto exterior como interior. Comenzando por el exterior, el pabellón auricular y el conducto auditivo captan las ondas sonoras y las vibraciones para transmitirlas al oído medio gracias al tímpano, que traslada el movimiento al martillo, el yunque y el estribo. Después, las ondas llegan a la cóclea: las vibraciones desplazan el líquido que está en el interior de este órgano, así como las células ciliadas que lo rodean, activando los receptores nerviosos y transmitiendo las señales al cerebro, que se encarga de traducirlas e interpretarlas, lo que nos permite oír.

Los sonidos percibidos por el oído humano se caracterizan por la frecuencia, que se mide en hercios, y la intensidad, expresada en decibelios. También existen sonidos que las personas no podemos llegar a percibir, pero que notamos como vibraciones más que sonidos propiamente dichos. Además, la percepción de las personas con déficit auditivo es diferente de las que oyen correctamente y, en general, tienen más dificultades en la percepción de los agudos. 

Aunque pensemos que tenemos unas capacidades auditivas aceptables, siempre es buena idea realizar un control periódico por parte del audioprotesista a fin de asegurar una rápida intervención y evitar problemas. En caso de pérdida auditiva, la mejor ayuda serán unos audífonos que son cada vez más discretos y minimalistas. 

¿Cómo funciona el efecto Doppler?

El efecto Doppler es la variación del sonido que percibimos cuando una fuente primero se acerca y luego se aleja. Imaginemos que estamos parados en un determinado punto mientras la fuente del ruido está en movimiento: la frecuencia de las ondas se reduce cuando la fuente y el observador se alejan, ya que las ondas recorren un espacio mayor.

En cambio, si se reduce el espacio entre la fuente y el observador, aumenta la frecuencia. Para entender fácilmente el efecto Doppler, basta pensar en cuando oímos el sonido de una ambulancia que se acerca: primero, el sonido se percibe de forma débil y a medida que se acerca el vehículo con la siena, este aumenta.

En realidad, sabemos que no cambia la intensidad de la fuente del sonido. El efecto es prácticamente el mismo tanto si la fuente se mueve como si lo hace el observador, o si se desplazan los dos. 

Ejemplos del efecto Doppler en la vida cotidiana

Todos los días podemos percibir la influencia del efecto Doppler en los sonidos que percibimos, bien se trate de ruido que notamos cuando estamos en el banco de la estación y pita el tren que pasa, o bien cuando escuchamos una ambulancia con la sirena encendida. En ambos casos, tanto si estamos en movimiento como si estamos parados, percibimos un cambio del sonido que se acerca, pasa y se aleja. Por una parte, cambia la intensidad del sonido, más fuerte cuanto se acerca, y menor cuando se aleja; también se modifica la frecuencia: más baja cuando está lejos y más alta cuando se acerca. El cambio del tiempo que el sonido necesita para llegar al observador es lo que genera el efecto Doppler. 

La explicación es bastante sencilla: cuando el tren o la ambulancia se acercan al observador, las ondas sonoras deben recorrer un espacio inferior y tardan menos en llegar. También lo hacen con una frecuencia más alta, ya que en poco tiempo percibimos una cantidad elevada de ondas sonoras. Por otra parte, cuando la fuente del ruido se aleja, las ondas deben recorrer más espacio que antes y la frecuencia por tanto se reduce, lo que genera un sonido más grave.

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Campos de aplicación del efecto Doppler

Las aplicaciones del efecto Doppler son varias y abarcan diferentes ámbitos, de la medicina a la música, pasando por el radar a la astronomía.

  • En medicina, el efecto Doppler se usa para medir la velocidad del flujo de la sangre con un instrumento, llamado ecografía Doppler, que dirige una fuente de ondas sonoras (normalmente, ultrasonidos) que posteriormente se procesan para conocer cuál es la velocidad. 
  • También algunas formas de radar aprovechan el efecto Doppler para medir la velocidad de los objetos: se dirige un haz contra un objeto en movimiento, como por ejemplo, un coche en marcha, y con los datos obtenidos se calcula la velocidad. Se usa el mismo procedimiento para las previsiones meteorológicas, ya que este permite saber con precisión la distancia, la velocidad y la dirección de las nubes o de los frentes nubosos. 
  • El efecto Doppler es útil también en astronomía, pues permite medir la velocidad con la que las estrellas y las galaxias se acercan o se alejan, así como para conocer la velocidad de rotación de estas. 
  • Este método puede tener aplicaciones también en ámbito informático: con el micrófono del ordenador se puede detectar de manera precisa el movimiento de una mano, gracias a las ondas provocadas por el desplazamiento del aire. El micrófono se convierte en una especie de controlador, sin necesidad de otras medidas. 

Todos estos campos de aplicación tienen el mismo funcionamiento de base, ya que hacen referencia a la frecuencia de las ondas. 

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