Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

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Efecto Doppler en sonido y luz


El efecto Doppler, nombrado así por el físico austríaco Christian Doppler, es un fenómeno fascinante en el mundo de las ondas. Describe los cambios en la frecuencia o longitud de onda de una onda en relación con un observador que se mueve con respecto a la fuente de la onda. Este efecto se asocia más comúnmente con ondas sonoras, pero se aplica a ondas de luz, así como a otros tipos de ondas. Comprender el efecto Doppler es importante para explicar una variedad de fenómenos del mundo real, desde el tono de una sirena que pasa hasta el corrimiento al rojo observado en galaxias distantes.

Comprendiendo el movimiento de ondas

Las ondas son perturbaciones que transfieren energía de un punto a otro sin movimiento real de las partículas del medio. Las ondas pueden clasificarse en dos tipos principales: ondas mecánicas, que necesitan un medio para viajar (como las ondas sonoras), y ondas electromagnéticas, que pueden viajar a través de un vacío (como las ondas de luz).

Los siguientes términos son esenciales en el movimiento de ondas:

  • Frecuencia ((f)): El número de ciclos de onda que pasan por un punto por unidad de tiempo, medido en hercios (Hz).
  • Longitud de onda ((lambda)): La distancia entre dos crestas o valles sucesivos de una onda.
  • Velocidad ((v)): La rapidez con la que la onda viaja a través del medio.

Efecto Doppler en sonido

Cuando pensamos en el efecto Doppler, a menudo comenzamos con las ondas sonoras. Imagina que estás parado al lado de la carretera y un coche con una sirena se acerca a ti, pasa y luego se aleja. A medida que el coche se acerca a ti, la sirena parece más fuerte que al alejarse. Este cambio en el sonido está causado por el efecto Doppler.

La fórmula para calcular la frecuencia observada ((f')) debido al efecto Doppler para el sonido está dada por:

f' = left(frac{v + v_o}{v + v_s}right) cdot f

Dónde:

  • f es la frecuencia real de la fuente de la onda.
  • v es la velocidad del sonido en el medio.
  • v_o es la velocidad del observador con respecto al medio.
  • v_s es la velocidad de la fuente con respecto al medio.

Si el observador se mueve hacia la fuente, (v_o) es positivo; si se aleja, es negativo. De manera similar, si la fuente se mueve hacia el observador, (v_s) es positivo; si se aleja, es negativo.

Ejemplo de texto

Tomemos un ejemplo para ilustrar el efecto Doppler en el sonido. Suponga que un coche de policía con una sirena emitiendo sonido a una frecuencia de 700 Hz se mueve hacia un observador estacionario a una velocidad de 20 m/s. Si la velocidad del sonido en el aire es 340 m/s, ¿qué frecuencia escucha el observador? 

f' = left(frac{340}{340 - 20}right) cdot 700

Simplificación,

f' = left(frac{340}{320}right) cdot 700 = left(frac{17}{16}right) cdot 700 = 743.75, text{Hz}

El observador escucha un sonido de aproximadamente 744 Hz, más alto que los 700 Hz originales, porque las ondas sonoras se comprimen a medida que la fuente del sonido se mueve hacia el observador.

Ejemplo visual

Considera este escenario visualmente:

coche con sirena supervisor

En la ilustración visual, el coche está emitiendo ondas sonoras representadas por las líneas azules. A medida que el coche se mueve hacia el observador, estas ondas se comprimen, resultando en una frecuencia más alta para el observador.

Efecto Doppler en luz

El efecto Doppler también se aplica a la luz, aunque es algo diferente debido a la naturaleza de las ondas electromagnéticas. En el campo de la luz, el efecto Doppler se manifiesta como un desplazamiento en la longitud de onda y la frecuencia de la luz. Cuando un objeto que emite luz se mueve hacia un observador, la luz parece desplazarse hacia el extremo azul del espectro, conocido como corrimiento al azul. Por el contrario, cuando el objeto se aleja, la luz parece desplazarse hacia el extremo rojo, conocido como corrimiento al rojo.

La fórmula para la frecuencia observada ((f')) para ondas de luz es:

f' = left(frac{c + v_o}{c + v_s}right) cdot f

Dónde:

  • f es la frecuencia real de la fuente de luz.
  • c es la velocidad de la luz en el vacío, aproximadamente (3 times 10^8) m/segundo.
  • v_o es la velocidad del observador.
  • v_s es la velocidad de la fuente.

Ejemplo de texto

Imagina que una estrella emite luz a una frecuencia de (6 times 10^{14}) Hz, y se está alejando de la Tierra a una velocidad de (1 times 10^6) m/s. ¿Cuál es la frecuencia observada de la luz en la Tierra? 

f' = left(frac{3 times 10^8}{3 times 10^8 + 1 times 10^6}right) cdot (6 times 10^{14})

Simplificación,

f' = left(frac{3 times 10^8}{3.01 times 10^8}right) cdot (6 times 10^{14})

Solo calcula la ligera disminución en la frecuencia a medida que la estrella se aleja.

Ejemplo visual

Representación visual de una estrella alejándose:

estrella Tierra

En la vista, la línea roja punteada muestra ondas de luz que se estiran a medida que la estrella se aleja de la Tierra, causando corrimiento al rojo.

Aplicaciones del efecto Doppler

El efecto Doppler tiene aplicaciones en muchas áreas:

  • Astronomía: El corrimiento al rojo y al azul ayudan a los astrónomos a determinar la velocidad de las estrellas y galaxias, lo cual es útil en la teoría del universo en expansión.
  • Radar meteorológico: El radar Doppler utiliza variaciones en la frecuencia de las ondas de radar devueltas para medir la velocidad del viento en los sistemas meteorológicos.
  • Imagen médica: El ultrasonido Doppler ayuda a monitorear el flujo sanguíneo en el diagnóstico médico.
  • Detección de velocidad: La policía utiliza el efecto Doppler en los radares para medir la velocidad de vehículos en movimiento.

Conclusión

El efecto Doppler es un concepto importante para comprender el comportamiento de las ondas cuando la fuente o el observador está en movimiento. Ya sea escuchar un cambio en el sonido de una sirena o ver un cambio de color en la luz de galaxias distantes, el efecto Doppler proporciona información valiosa. A través de la exploración tanto del sonido como de la luz, somos capaces de comprender la versatilidad e importancia de este fenómeno en aplicaciones científicas y prácticas en todo el mundo.


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