Experiência 8 - Efeito Doppler

Efeito Doppler
Arquivo do GeoGebra
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 “Uma aparente mudança na frequência de uma onda causada pelo movimento relativo entre a fonte da onda e o observador” (Shelton para Penny no seriado The Big Bang Theory, sobre efeito Doppler).

Objetivo
Realizar em sala o efeito Doppler.

Conteúdo programático
Trigonometria, ondas, funções trigonométricas, senóide, movimento de gráfico, cinemática, função afim.

Subsídios teóricos
No Efeito Doppler ocorre a percepção de uma frequência relativa, que é diferente da frequência de emissão da onda.
Quem o descreveu, teoricamente, pela primeira vez, foi Johann Christian Andreas Doppler, dando-se, portanto, seu nome ao efeito.
Este efeito é percebido claramente no som (que é um tipo de onda mecânica) quando uma ambulância em alta velocidade passa por nós, percebemos que o tom, em relação ao emitido, fica mais agudo durante a sua aproximação, idêntico no momento da passagem, e grave, quando a ambulância começa a se afastar do observador. Graças, também, ao conhecimento desse efeito, podemos determinar a velocidade e a direção do movimento de muitas estrelas, uma vez que a luz também se propaga em ondas2.
No Efeito Doppler ocorre a percepção de uma frequência relativa, que é diferente da frequência de emissão da onda.

 

Demonstração do cálculo das frequências aparentes para observador e fonte em movimentos utilizada para construção do GeoGebra.
Para o Tex

Metodologia
Trabalho em grupo.

Material
Livre

Forma de Aplicação
Foi solicitado aos estudantes que elaborassem um texto escrito sobre o tema, efetuassem os cálculos das novas frequências geradas pelo deslocamento de uma fonte em movimento retilíneo uniforme e exemplificassem tal efeito com um experimento e uma construção no GeoGebra.

Experimento no GeoGebra
Neste experimento é feita uma simulação no GeoGebra, em que é possível a interação do estudante com o objetivo o qual é possível alterar a velocidade da fonte emissora, e a velocidade do som, possibilitando uma variação de meios de propagação. Ao animarmos a fonte emissora, ela se desloca por 5 segundos, possibilitando que sejam observadas as ondas e suas respectivas velocidades.

Figura x:

Um experimento Real
O grupo 2A03 realizou o experimento utilizando uma fonte emissora de som, no caso, construída com um buzzer1, uma chave liga e desliga, uma bateria de 9v e fios. Com fita adesiva, juntaram o dispositivo a uma bola que foi arremessada de um lado para outro da sala, obtendo assim o efeito desejado.
O grupo 2A05 apresentou o mesmo efeito valendo-se de um brinquedo “vai-e- vem”, construído com garrafas PET, fitas e barbante e no qual colocaram uma buzina elétrica de bicicleta com ligação direta.

 

Avaliação de aprendizagem
Encerrados os trabalhos, foi aplicada a seguinte avaliação de aprendizagem:
Considere a velocidade do som no ar 340 m/s e:
1) escreva a função que descreve a velocidade do som no ar.
2) defina a função que descreve o deslocamento do som em determinado tempo.
3) se percebemos a claridade de um raio e ouvimos o trovão 3 segundos após, calcule a distância em que ocorreu o fenômeno.
4) considerando um observador parado e uma fonte sonora emitindo uma frequência de 440 Hz, se aproximando a uma velocidade de 144 km/h.
a) calcule a frequência ouvida pelo observador. 
b) após a fonte ter passado pelo observador, calcule a nova frequência do afastamento.
5) sejam observador e fonte, ambos em movimento de aproximação com velocidades de 20 m/s e 40m/s, respectivamente, em que a fonte emite uma frequência de 500 Hz. Calcule as frequências antes e depois da ultrapassagem.

 

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