Toca-me uma canção sobre o Doppler Shift! (texto)
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Deixe que repare que quando um veículo de emergência com a sua sirene a soar, lhe passa que o tom que ouve muda de tom? Este é um exemplo do desvio Doppler, e é um efeito que está associado a qualquer fenómeno de ondas (como ondas sonoras ou luz).
Considerar um caso em que o camião dos bombeiros está em repouso na entrada do posto de bombeiros à espera que os bombeiros embarquem, como mostra a imagem abaixo. Se a sirene estiver ligada, um ouvinte a alguma distância para a direita perceberá a sirene na mesma frequência com que é emitida. De facto, outra pessoa estacionária do lado esquerdo do camião também ouviria o mesmo tom.
(Crédito: Imagine the Universe da NASA)
Agora considere como esta situação muda quando o camião se dirige para o observador estacionário com uma velocidade constante, v, como se ilustra abaixo.
(Crédito: Imagine the Universe da NASA)
A frequência da sirene do carro dos bombeiros como ouvida por uma pessoa no camião dos bombeiros não mudou! No entanto, as ondas na direcção do movimento do camião de bombeiros estão a apanhar as suas próprias ondas sonoras. As variações de pressão, que são representadas pelas ondas sinusoidais, colidem com o tímpano do observador estacionário com uma frequência crescente. O observador estacionário à direita percebe portanto um tom mais alto do que o efectivamente emitido pelo camião dos bombeiros.
Nota que as ondas atrás do camião dos bombeiros (no lado esquerdo do diagrama) estão espalhadas porque a sirene está a afastar-se do seu próprio som. Isto faria com que um observador estacionário à esquerda do camião se apercebesse de uma diminuição da frequência da sirene.
Para uma fonte movendo-se para a direita, um observador estacionário para a direita perceberia um tom mais alto e um para a esquerda perceberia um tom mais baixo.
O Doppler não-relativista muda de frequência de um objecto em movimento com velocidade v em relação a um observador estacionário, é:
e o comprimento de onda Doppler deslocado pode ser mostrado como sendo:
Nestas duas equações, c0 é a velocidade da onda num meio estacionário (a velocidade do som, neste caso), e a velocidade é a componente radial da velocidade (a parte em linha recta do observador). Ambas estas fórmulas são aproximações não relativistas que são verdadeiras desde que a velocidade do objecto em movimento seja muito inferior à velocidade da luz.
Como convenção, a velocidade é positiva se a fonte se estiver a afastar de nós e negativa se a fonte se estiver a aproximar do observador.
Assim:
- se a fonte está a afastar-se (velocidade positiva) a frequência observada é menor e o comprimento de onda observado é maior (redshifted).
- se a fonte está a afastar-se (velocidade negativa) a frequência observada é maior e o comprimento de onda é menor (blueshifted).
Como é que isto afecta os espectros de objectos distantes no Universo? A luz experimenta o desvio Doppler?
P>Pense no espectro da luz visível: vermelho-alaranjado-amarelo-amarelo-verde-azul-indigo-violeta (ou ROY G. BIV para abreviar). Se o desvio Doppler também funciona para a luz, então deve ser possível avançar tão rapidamente para um semáforo vermelho que lhe pareceria verde! Poderá achar inteligente usar este argumento se for parado por correr um semáforo vermelho. No entanto, o polícia poderá então dar-lhe uma multa por excesso de velocidade.
Verifica-se que a luz de qualquer parte do espectro electromagnético pode ser deslocada para cima ou para baixo em frequência, dependendo do seu movimento relativo para a fonte emissora. O diagrama seguinte ilustra este fenómeno:
(Crédito: Imagine the Universe da NASA)
Reconhecerá isto como um diagrama semelhante ao que mostra um camião de bombeiros a aproximar-se do observador estacionário, excepto que agora a fonte está a emitir luz em vez de som. Note que a região onde o observador percebe um aumento na frequência da luz é referida como “azulada”, e a região onde o observador perceberia uma frequência mais baixa (à esquerda no diagrama) é referida como “redshifted”. E, é importante notar que as equações derivadas para o desvio Doppler do som funcionam igualmente bem para as fontes de luz em movimento, desde que as fontes de luz não se estejam a mover perto da velocidade da luz. Se a velocidade relativa entre a fonte emissora e o observador estivesse próxima da velocidade da luz, teríamos de ter em conta os efeitos relativistas; assim, a equação mudaria.
Ver uma derivação matemática da equação do desvio Doppler.
Ver exemplos de espectros redshifted para algumas galáxias.
Questione o seu conhecimento do desvio Doppler
Volte à resolução para a velocidade da M31 utilizando o seu espectro