Efecto Doppler

    El efecto Doppler, también llamado efecto Doppler-Fizeau, es un fenómeno físico caracterizado por el cambio en la frecuencia de una onda cuando existe un movimiento relativo entre el emisor de dicha onda y el observador.

    Este efecto es muy fácil de observar en la vida cotidiana. Por ejemplo, cuando una persona inmóvil en la acera de una ciudad escucha la sirena de una ambulancia que se acerca, distinguirá un cambio de tono, hacia más grave, cuando el vehículo acaba de pasar delante de ella y comienza a alejarse. Esto significa que, cuando el objeto que emite la onda se aproxima al observador, la frecuencia de dicha onda aumenta; al alejarse el objeto emisor, la frecuencia de la onda disminuye, siempre desde el punto de vista del observador. De ahí el cambio característico de altura del sonido de la ambulancia del ejemplo.

    El fenómeno descrito debe su nombre al físico austriaco Christian Doppler, que lo expuso por primera vez en 1842 en un tratado sobre el color de la luz emitida por las estrellas en el firmamento. El francés Hippolyte Fizeau lo descubrió de forma independiente hacia la misma época en el curso de sus estudios sobre el espectro electromagnético, esto es, las distintas radiaciones emitidas por la luz: visible, infrarroja, ultravioleta, de radio, de rayos X, radiación gamma, etc.

    La primera prueba empírica de la existencia del efecto Doppler fue un curioso experimento ideado en 1845 por el meteorólogo neerlandés Christoph Hendrik Diederik Buys-Ballot. Para realizarlo, reclutó a un grupo de personas dotadas de la cualidad conocida como oído absoluto, que las hace capaces de identificar la nota musical que escuchan sin ninguna otra referencia. Ballot dispuso a estas personas en distintas posiciones junto a una vía de ferrocarril, e hizo circular sobre la vía un carro abierto al que se había encaramado una banda de intérpretes de trompa. El carro circulaba a unos sesenta kilómetros por hora. Los oyentes, con su oído absoluto, anotaban los sonidos musicales que escuchaban antes, durante y después del paso ante ellos del vagón, en el cual los trompistas interpretaban insistentemente una nota dada. De esta forma, Ballot constató en la práctica el cambio de frecuencia experimentado por la onda sonora.

    Una explicación aproximada del fenómeno parte de la consideración del movimiento combinado que se produce. Por una parte, la onda avanza hacia el observador a una cierta velocidad; el emisor de la onda, por ejemplo una ambulancia, también avanza hacia él. Lo que el observador percibe es una onda que se aprieta sobre sí misma, bajo la presión del avance del emisor. De esta forma, la longitud de la onda disminuye y su frecuencia aumenta. Cuando se trata de sonidos, esto significa que la emisión es más aguda; si se refiere a luz, la emisión luminosa se percibe como más azul de lo que le correspondería en ausencia de movimiento. Por el proceso contrario, cuando el emisor de la onda se aleja del observador, éste percibe dicha onda con una frecuencia más baja, ya sea un sonido más grave o una luz de tono más rojizo.

    El efecto Doppler tiene aplicaciones extraordinarias en astronomía. Los expertos en esta disciplina manejan como base de sus estudios los espectros electromagnéticos de la luz que llega desde las estrellas, esto es, distribuciones de la intensidad de la emisión luminosa que son características de cada elemento químico que compone la estrella y que se representan sobre una película o un papel. Cuando un astro se está acercando a la Tierra, en los observatorios se recibe un espectro del mismo desplazado hacia el azul, hacia las altas frecuencias. Si el astro se aleja de nuestro planeta, el espectro aparece desplazado al rojo. Dado que el Universo se encuentra en expansión, la inmensa mayoría de los objetos celestes se alejan de la Tierra (como sucedería en la superficie de un globo que se hincha), y la luz que emiten está desplazada hacia el rojo. De hecho, este corrimiento al rojo que es dominante en la observación astronómica constituyó la primera prueba fehaciente de que el Universo no es estático, sino que se mueve y, además, se expande.

    Las características del efecto Doppler han conducido a que este fenómeno se utilice en numerosas aplicaciones de la ciencia y la tecnología en las que es necesario cuantificar un movimiento. En la vida cotidiana, este efecto está en la base de los diversos dispositivos de radar que se utilizan para detectar los vehículos que circulan a una velocidad superior a la establecida en un tramo viario. En este caso, las ondas utilizadas para detectar las infracciones de los conductores no son de luz, sino de sonido. En el mundo animal, especies como los murciélagos y los delfines aplican un principio similar, llamado ecolocalización, para fijar su posición en el espacio que recorren y para localizar la ubicación de los obstáculos interpuestos en su camino o de sus posibles presas.

    Por otra parte, el fenómeno físico descrito por Doppler se utiliza en medicina y en diagnóstico médico, por ejemplo, para medir la velocidad de flujo de la sangre dentro de los vasos sanguíneos. Una aplicación especialmente útil y extendida del efecto Doppler en medicina es la técnica de la ecografía en sus diversas modalidades. La medida de vibraciones, la comunicación por satélite y los estudios de biología del desarrollo se benefician asimismo de los distintos aspectos y propiedades de este fenómeno.