Doppler: por qué la sirena cambia de tono
La ambulancia toca una sola nota y no deja de tocarla. Tú escuchas dos: una aguda mientras se acerca y una grave apenas pasó. Nadie cambió nada — cambiaste de lado.
Qué estás viendo
- La fuente emite siempre al mismo ritmo: un círculo nuevo cada tantos fotogramas, sin excepción. Lo único que cambia es desde dónde sale cada uno.
- Fíjate en los puntos grises que van quedando en la calle. Cada uno marca dónde nació una onda, y ahí se queda: una onda emitida se olvida de quién la emitió.
- Adelante los círculos se amontonan y atrás se separan. Eso no está dibujado así: sale de que el auto alcanza a sus propias ondas.
01Lo que se emite y lo que llega no son lo mismo
La sirena vibra 700 veces por segundo y no deja de hacerlo nunca. Ésa es la frecuencia emitida, y es un dato de la sirena: no depende de dónde estés tú.
Lo que te llega depende de otra cosa: de cuántos frentes de onda te alcanzan por segundo. Y eso sí cambia según la fuente venga hacia ti o se aleje.
02El auto persigue a sus propias ondas
Cada frente de onda, una vez emitido, se expande en un círculo desde el punto donde nació. Ese punto no se mueve nunca más. Es lo que marcan los puntos grises.
Pero el auto sí se mueve. Cuando emite el siguiente frente ya avanzó un poco, así que ese círculo nuevo nace más adelante. Por delante los frentes se van apretando; por detrás, separando.
Apretados significa que te llegan más seguido: más frecuencia, tono más alto. Separados, al revés. No hay nada más.
03Por qué el cambio se oye de golpe
Mientras el auto viene hacia ti escuchas el tono agudo, y es estable. Mientras se aleja escuchas el grave, también estable. El salto ocurre en el instante en que pasa por tu lado.
Por eso suena como un «neeeeow» y no como un tobogán: no es que el tono baje despacio, es que hay dos tonos y tú cruzas de uno al otro.
La animación usa un auto de carrera y no una ambulancia por una razón honesta: a 30 km/h el corrimiento es de un 9% y no se vería nada. El efecto es el mismo, y crece con la velocidad de la fuente.
Dónde se usa esto
La ecografía del embarazo
El equipo manda ultrasonido a la sangre y mide cuánto volvió corrido el eco. De ahí sale la velocidad a la que corre la sangre por una arteria — y el latido del feto que se escucha en un control es exactamente esto.
El radar de la carretera
Manda una onda de radio a tu auto y mide cuánto volvió corrida. Esa diferencia ES tu velocidad; el resto del parte es aritmética.
Saber que el universo se expande
La luz de las galaxias lejanas llega corrida hacia el rojo: frecuencia más baja, se están alejando. Medir ese corrimiento es lo que convirtió la expansión del universo en un dato y no en una idea.
El pronóstico del tiempo
El radar Doppler no solo ve dónde está la lluvia: ve si se acerca o se aleja y a qué velocidad. Así se detecta la rotación de un tornado antes de que toque el suelo.
Para explicárselo a un niño
La idea, en simpleCuando algo que suena viene hacia ti, el sonido se te apelotona y lo escuchas más agudo. Cuando se aleja, se estira y suena más grave. El que va manejando la ambulancia escucha siempre lo mismo.
- Párense en una vereda donde pasen autos rápido y quédense quietos escuchando uno que venga. Fíjense en el instante exacto en que pasa por delante: ahí está el salto.
- Que cante una nota larga y sostenida mientras corre hacia ti, y después mientras se aleja. Tú vas a escuchar el cambio; él no va a escuchar ninguno.
- Cambien: ahora corres tú cantando y escucha él. Es el mismo experimento de la ambulancia, hecho por ustedes dos.
La pregunta para dejarlos pensandoSi vas sentado DENTRO de la ambulancia, ¿escuchas el cambio de tono?
Para usar en clase
Diez minutos con la animación, listos para llevar a una sala. Es libre bajo CC BY 4.0, como el resto.
- Antes de nada, pregunta: «cuando pasa una ambulancia y el tono baja de golpe, ¿qué escucha el conductor?». Deja que se discuta un minuto. Suele dividir al curso.
- Pon la animación y pide que sigan un solo frente de onda, no la ambulancia. Que vean que cada círculo se queda centrado donde nació.
- Vuelve a la pregunta. Ahora la respuesta —el conductor escucha siempre lo mismo— ya no es un dato que dar, es algo que se dedujo.
- Si hay tiempo: menciona que así se mide a qué velocidad se aleja una galaxia. Es exactamente la misma cuenta.
¿En qué momento exacto escuchas la nota verdadera de la sirena?
Respuesta: Cuando la ambulancia pasa justo por tu lado y, en ese instante, no se acerca ni se aleja de ti. Antes la escuchas más aguda; después, más grave.
Si en vez de moverse la ambulancia te movieras tú hacia una sirena quieta, ¿escucharías algo distinto?
Respuesta: Sí, también cambiaría el tono. Lo que importa es la velocidad relativa entre los dos, no cuál de los dos se mueve — aunque las cuentas no son idénticas porque el aire sí distingue quién se mueve respecto de él.
La luz de casi todas las galaxias nos llega corrida hacia el rojo. ¿Qué dice eso?
Respuesta: Que se están alejando de nosotros. Es el mismo efecto que la sirena, con luz en vez de sonido, y es la observación con la que se descubrió que el universo se expande.
Alguien va a decir que el conductor también escucha el cambio. Ahí está la concepción entera: si el cambio estuviera en la fuente, lo oiría todo el mundo. No lo corrijas de inmediato — pregúntale al curso si están de acuerdo, y deja que lo desarmen entre ellos.
Guía de aula de FísicaEterna · CC BY 4.0 · fisicaeterna.cl
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El código que la genera
Está escrita en Remotion, que renderiza video escribiendo React. La barra y el número no están dibujados al lado de la figura: salen del cálculo sobre la misma geometría que ves. Si el dibujo miente, el número miente con él.
Licencia
Esta animación está bajo CC BY 4.0: puedes copiarla, redistribuirla, adaptarla y usarla comercialmente, citando la fuente.
Atribución sugeridaDoppler: por qué la sirena cambia de tono — FísicaEterna (fisicaeterna.cl), CC BY 4.0