3 fatos sobre o efeito Doppler para luz: o quê, como, exemplos e perguntas frequentes

O efeito Doppler se aplica tanto a ondas sonoras quanto a ondas de luz. Então vamos primeiro analisar o que é o efeito doppler da luz.

O efeito Doppler da luz é definido como a mudança na freqüência de luz visto pelo observador como resultado do movimento relativo do observador e da fonte de luz. Como resultado, podemos dizer que o efeito doppler na luz ocorre da mesma forma que na som.

Então, agora que sabemos sobre o efeito doppler na luz, veremos o efeito doppler relativístico, sua fórmula, seus exemplos da vida real e muito mais neste artigo.

Como o efeito doppler funciona com a luz?

A luz sempre viaja na mesma velocidade, independentemente do quadro de referência usado; a única mudança está em sua energia. Então, vamos ver como o efeito Doppler funciona com a luz.

O comprimento de onda da luz determina a energia da luz. Assim, enquanto a fonte e o observador estão se movendo um em relação ao outro, o comprimento de onda da luz que a fonte emite muda quando é percebido pelo observador. Esse fenômeno é conhecido como efeito Doppler.

Efeito Doppler para exemplos de luz:

O fenômeno do efeito Doppler na luz ocorre na vida real. Vejamos através dos exemplos abaixo:

  • Por causa da expansão do universo, a luz que recebemos de objetos distantes (como estrelas) é desviada para o vermelho.
  • A velocidade do carro que passa é medida por um radar de velocidade usando o efeito Doppler da luz.

O efeito Doppler relativístico para a luz:

O efeito Doppler na luz é visto devido ao movimento relativístico do observador e da fonte. Então, vamos olhar mais de perto o efeito doppler relativístico na luz.

O observador recebe a onda com frequência f ou comprimento de onda ???? quando a fonte e o observador estão estacionários. Suponha que uma fonte de luz no quadro emita luz de comprimento de onda ????s no tempo ts e se afasta do referencial estacionário com velocidade v. (assumida constante).

1 Screenshot
Quando a fonte se afasta do observador, o comprimento de onda recebido pelo observador é esticado

De acordo com o relatividade especial teoria, as mudanças nos intervalos de tempo e comprimento dependem do movimento relativo do observador. Assim, aplicando a equação da Transformação de Lorentz a um referencial relativamente móvel, obtemos a seguinte equação para o comprimento de onda medido pelo observador:

captura 14 1

(Quando ???? = ᥆, então ????o = ????s)

captura 15 1

Mas, ???? /t = c (Onde, c é a velocidade da luz)

Assim, a equação acima pode ser escrita como:

Captura 16 1

Simplificando a equação acima, obtemos o comprimento de onda observado pelo observador:

Captura 17 1
equação (1)

Esta equação assume que a fonte está se afastando do observador. Portanto, a velocidade v é positiva quando a fonte se afasta do observador e negativa quando a fonte se aproxima do observador.

Esta equação pode ser expressa da seguinte forma em termos da frequência da fonte e da frequência observada:

fo = c/ ????o

Assim,

Captura 19 1
Equação (2)

As equações (1) e (2) são as equações necessárias para o efeito Doppler.

Redshift e Blueshift:

A frequência da luz define sua cor. Uma mudança na frequência da fonte e do observador causada por seu movimento relativo é uma redshift e blueshift. Vejamos o que isso significa.

  • À medida que a fonte de luz se afasta do observador, o observador recebe uma onda de frequência mais baixa do que a fonte. O fato de a cor vermelha ter a frequência mais baixa no espectro visível produz uma mudança para a extremidade vermelha do espectro. É conhecido como redshift na astronomia.
  • À medida que a fonte de luz se aproxima do observador, o observador recebe uma onda de frequência mais alta que a fonte. O fato de a cor azul ter a frequência mais alta no espectro visível produz uma mudança para a extremidade azul do espectro. É conhecido como o desvio para o azul na astronomia.
Redshift blueshift 2
Créditos da imagem: Redshift_Blueshift de, Aleš Tošovský (CC BY-SA 3.0)

Conclusão:

Este artigo nos mostra que, sendo uma onda, a luz também sofre o efeito Doppler, assim como o som. Esse fenômeno ocorre devido à velocidade relativa do emissor de luz e do observador. Chegamos à ideia de que o universo está se expandindo graças ao efeito Doppler da luz.

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