Efeito Doppler: uma fonte se aproximando de um ouvinte
1 · Prever
Uma fonte sonora se move em direção a um ouvinte parado enquanto emite um tom constante. O ouvinte ouve um tom mais alto, mais baixo ou igual à frequência verdadeira da fonte?
- O ouvinte ouve um tom mais alto do que a verdadeira frequência da fonte.
- O ouvinte ouve exatamente o mesmo tom.
- O ouvinte ouve um tom mais baixo.
2 · Preparar
- Abra a predefinição de abordagem Doppler e pressione Redefinir. A fonte emite 440 Hz em ar a 20 °C; o ouvinte está parado.
- Habilite a leitura da frequência observada no observador.
- Defina a velocidade de aproximação da fonte para cada tentativa e registre a frequência observada.
3 · Coletar Dados
| Frequência da fonte f (Hz) | Velocidade da fonte v_s (m/s) | Frequência observada f′ (Hz) |
|---|---|---|
| 440.00 | 20.00 | |
| 440.00 | 35.00 | |
| 440.00 | 50.00 |
Plote a frequência observada f′ (eixo y) em relação à velocidade da fonte v_s (eixo x) para suas três tentativas.
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule f′ = f·c/(c − v_s) usando c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s para ar a 20 °C. Compare com a tabela.
- Explique por que f′ continua aumentando à medida que v_s cresce, e o que aconteceria com a fórmula (e com o som) se v_s atingisse a velocidade do som c.
5 · Aprofundar
- A sirene de uma ambulância soa mais aguda à medida que se aproxima e diminui repentinamente de tom à medida que passa e recua. Use a convenção de sinais da fórmula Doppler para explicar a queda.
- Este experimento cobre apenas uma fonte que se aproxima. Se, em vez disso, a fonte estivesse se afastando, você esperaria que (c − v_s) se tornasse (c + v_s) no denominador? Explique o que isso faz com f′.
A física por trás deste experimento
Efeito Doppler (fonte móvel)
Uma fonte movendo-se em direção a um ouvinte estacionário comprime as frentes de onda à sua frente, aumentando a frequência que o ouvinte ouve: f′ = f·c/(c − v_s).