Efecto Doppler en cambio rojo y azul claro

Las ondas de luz de una fuente en movimiento experimentan el efecto Doppler para dar como resultado un cambio de rojo o azul en la frecuencia de la luz. Esto es similar (aunque no idéntico) a otros tipos de ondas, como las ondas de sonido. La principal diferencia es que las ondas de luz no requieren un medio para viajar, por lo que la aplicación clásica del efecto Doppler no se aplica precisamente a esta situación..

Efecto Doppler Relativista para la Luz

Considere dos objetos: la fuente de luz y el "oyente" (u observador). Como las ondas de luz que viajan en el espacio vacío no tienen medio, analizamos el efecto Doppler para la luz en términos del movimiento de la fuente en relación con el oyente.

Configuramos nuestro sistema de coordenadas para que la dirección positiva sea del oyente hacia la fuente. Entonces, si la fuente se está alejando del oyente, su velocidad v es positivo, pero si se está moviendo hacia el oyente, entonces el v es negativo El oyente, en este caso, es siempre se considera que está en reposo (entonces v es realmente la velocidad relativa total entre ellos). La velocidad de la luz C siempre se considera positivo.

El oyente recibe una frecuencia F_L que sería diferente de la frecuencia transmitida por la fuente F_S. Esto se calcula con la mecánica relativista, aplicando la contracción de longitud necesaria, y se obtiene la relación:

F_L = sqrt [( C - v) / ( C + v)] * F_S

Cambio rojo y cambio azul

Una fuente de luz en movimiento lejos del oyente (v es positivo) proporcionaría un F_L eso es menos de F_S. En el espectro de luz visible, esto provoca un cambio hacia el extremo rojo del espectro de luz, por lo que se denomina desplazamiento al rojo. Cuando la fuente de luz se mueve hacia el oyente (v es negativo), entonces F_L es mayor que F_S. En el espectro de luz visible, esto provoca un cambio hacia el extremo de alta frecuencia del espectro de luz. Por alguna razón, el violeta tiene el extremo corto del palo y ese cambio de frecuencia en realidad se llama Cambio azúl. Obviamente, en el área del espectro electromagnético fuera del espectro de luz visible, estos cambios podrían no ser realmente hacia el rojo y el azul. Si estás en el infrarrojo, por ejemplo, estás cambiando irónicamente lejos de rojo cuando experimentas un "desplazamiento al rojo".

Aplicaciones

La policía usa esta propiedad en las cajas de radar que usan para rastrear la velocidad. Las ondas de radio se transmiten, chocan con un vehículo y se recuperan. La velocidad del vehículo (que actúa como la fuente de la onda reflejada) determina el cambio en la frecuencia, que se puede detectar con la caja. (Se pueden usar aplicaciones similares para medir las velocidades del viento en la atmósfera, que es el "radar Doppler" al que los meteorólogos son tan aficionados).

Este cambio Doppler también se utiliza para rastrear satélites. Al observar cómo cambia la frecuencia, puede determinar la velocidad relativa a su ubicación, lo que permite el seguimiento en tierra para analizar el movimiento de los objetos en el espacio.

En astronomía, estos cambios resultan útiles. Al observar un sistema con dos estrellas, puede saber cuál se está moviendo hacia usted y cuál lejos al analizar cómo cambian las frecuencias.

Aún más significativo, la evidencia del análisis de la luz de galaxias distantes muestra que la luz experimenta un desplazamiento al rojo. Estas galaxias se están alejando de la Tierra. De hecho, los resultados de esto están un poco más allá del simple efecto Doppler. Esto es en realidad el resultado de la expansión del espacio-tiempo mismo, como lo predice la relatividad general. Las extrapolaciones de esta evidencia, junto con otros hallazgos, respaldan la imagen del "Big Bang" del origen del universo..