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Imagine que você é motorista de ambulância e precisa dirigir em alta velocidade pelas ruas de uma grande cidade cheia de carros. Agora imagine que você é uma das pessoas na calçada. Você está parado no cruzamento e esperando o momento em que pode atravessar a rua. Mas primeiro você precisa pular a ambulância de corrida.
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O rugido de sua sirene é ouvido de longe. Mas o estranho é que, quanto mais perto um carro com uma cruz vermelha se aproxima, mais alto o som de uma sirene. Quando o carro começa a se afastar, a mesma coisa é repetida, mas vice-versa. À medida que o carro se afasta, o som da sirene diminui cada vez mais até desaparecer completamente. Ao mesmo tempo, o motorista da ambulância não percebe nenhuma alteração. Para ele, a qualidade do som não muda.
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Mas um observador externo ouve como o tom aumenta e como então a tonalidade diminui com a distância. As ondas sonoras se propagam no ar da mesma maneira que as ondas do mar na superfície da água.
Então, o que realmente acontece. Quem está ouvindo certo? Um motorista ou um pedestre? O tom da sirene muda? Ambos estão certos. Mais precisamente, ninguém se engana: o motorista e o pedestre ouvem exatamente o que devem ouvir. A diferença na percepção é devida ao efeito Doppler. O que ouvimos como som são realmente ondas se propagando pelo ar.
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A sirene faz as moléculas de ar vibrarem. As ondas sonoras se propagam no ar da mesma maneira que as ondas do mar na superfície da água.Uma onda é uma região de rarefação, que se torna uma região de compressão. O processo é repetido várias vezes em um segundo e se espalha. Esta é a onda sonora. Quanto mais próximas as mesmas seções das ondas, maior o som, ou seja, maior a sua frequência.
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No nosso caso, quando a onda "rápida" se aproxima, as ondas sonoras ficam mais próximas umas das outras para o pedestre, porque a velocidade de movimento do carro e do som aumenta. Quanto menor a distância entre as ondas sonoras, maior a frequência e maior o tom do som. Com a remoção da máquina, a distância entre as ondas com o aumento da distância se torna cada vez mais, ou seja, a frequência diminui gradualmente e o som diminui. As pessoas no carro e a fonte sonora estão imóveis uma em relação à outra. Portanto, nenhuma alteração na tonalidade ocorre. Para ouvir mudanças de tonalidade, o ouvinte e a fonte sonora devem se mover em relação um ao outro.
Efeito Doppler não apenas em ondas sonoras
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Tome as ondas de luz como um exemplo. Se uma lâmpada amarela fosse instalada em vez de uma sirene em uma ambulância, quando se aproximasse do observador, o espectro da lâmpada mudaria para o lado azul e, quando removido, para o vermelho. Com os fenômenos usuais que nos cercam, as taxas de deslocamento são relativamente baixas, por isso não notamos mudanças no espectro da luz. Mas se a velocidade da ambulância estivesse próxima da velocidade da luz ou comparável a ela, perceberíamos as mudanças desejadas.
Frequência é o número de cristas de ondas que passaram por um ponto específico em um segundo. Quanto maior a frequência, maior a tonalidade do som ou mais azul a luz se torna.O motorista, neste caso, veria uma luz amarela constantemente caindo na estrada. Mas uma máquina em movimento comprimiria as ondas à sua frente e os observadores que estavam imóveis enquanto se aproximavam de uma fonte de luz veriam uma mudança do espectro da luz em direção ao lado azul de alta frequência. À medida que o veículo se afasta, o observador notará que a cor da lanterna volta de azul para amarelo. Gradualmente, essa cor se tornaria vermelha, desaparecendo no horizonte.