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.
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.
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.
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.
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
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.
