Examen 2-B: Efecto Doppler con sonido

López Navarro Ana Denisse
Quimica 2401
Examen 2-B: Efecto Doppler con sonido

El efecto Doppler no es simplemente funcional al sonido, sino también a otros tipos de ondas, aunque los humanos tan solo podemos ver reflejado el efecto en la realidad cuando se trata de ondas de sonido.

El efecto Doppler es el aparente cambio de frecuencia de una onda producida por el movimiento relativo de la fuente en relación a su observador. Si queremos pensar en un ejemplo de esto es bastante sencillo.

Seguramente más de una vez hayas escuchado la sirena de un coche policía o de una ambulancia pasar frente a ti. Cuando el sonido se encuentra a mucha distancia y comienza a acercarse es sumamente agudo hasta que llega a nosotros.

CHARLY WHISKY/WIKIMEDIA

Cuando se encuentra muy cerca nuestro el sonido se hace distinto, lo escuchamos como si el coche estuviera parado. Luego cuando continúa su viaje y se va alejando lo que escuchamos es un sonido mucho más grave.

Esto ocurre ya que las ondas aparentan comenzar a juntarse al mismo tiempo que el coche se dirige hacia una dirección. La imagen de abajo explica mejor esta idea sobre las ondas y la velocidad de los coches.

INKWINA/WIKIMEDIA

Como pueden ver en la imagen, el micrófono capta el sonido producido por el coche verde con una onda menos intensa y menos aguda, lo mismo que pasaría si nosotros estuviésemos en el lugar del micrófono. Por otro lado, el coche anaranjado que va avanzando presenta ondas con mucha más intensidad y por tanto también mucho más agudas.

Examen 2-A: Significado de efecto Doppler (Corregido)

López Navarro Ana Denisse
Quimica 2401
Examen 2-A: Efecto Doppler

El efecto Doppler es un fenómeno físico donde un aparente cambio de frecuencia de onda es presentado por una fuente de sonido con respecto a su observador cuando esa misma fuente se encuentra en movimiento. Este fenómeno lleva el nombre de su descubridor, Christian Andreas Doppler, un matemático y físico austríaco que presentó sus primeras teorías sobre el asunto en 1842.

En el caso del espectro visible de la radiación electromagnética, si el objeto se aleja, su luz se desplaza a longitudes de onda más largas, desplazándose hacia el rojo. Si el objeto se acerca, su luz presenta una longitud de onda más corta, desplazándose hacia el azul. Esta desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias, y el ojo humano no puede captarlo, solamente medirlo indirectamente utilizando instrumentos de precisión como espectrómetros. Si el objeto emisor se moviera a fracciones significativas de la velocidad de la luz, sí sería apreciable de forma directa la variación de longitud de onda.

En la ecuación, el cambio de frecuencia o frecuencia Doppler detectado dependerá en proporción directa de la frecuencia de onda emitida, de la velocidad de los hematíes y del coseno del ángulo entre el haz ultrasónico y la dirección del flujo, e inversamente de la constante de transmisión del sonido en los tejidos que está en torno a 1540 m/s. Así, conociendo el resto de variables podemos averiguar la velocidad del flujo sanguíneo. 

∆f =2(fo) Vc (Cos θ)

• La fuente de sonido se acerca al receptor: cuando el coche va acercándose al receptor, las ondas sonoras se comprimen como un muelle produciendo una distancia entre crestas muy pequeña (disminuye la longitud de onda). Como hemos dicho, cuando sucede esto, la frecuencia aumenta y el sonido se percibe más agudo.
• La fuente de sonido se aleja del receptor: cuando el coche se aleja, las ondas sonoras se alargan (seguir pensando en un muelle), produciendo longitudes de ondas grandes, frecuencias pequeñas y por lo tanto sonidos más graves.

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Examen 1D: Aberración estelar

López Navarro Ana Denisse
Quimica 2401
Examen 1D: Significado de aberración estelar

Este fenómenofísico de la aberración estelar es similar al de un hombre con un paraguas abierto ante la lluvia que cae con una velocidad 'c', imaginémosla vertical a la superficie (Fig), si ahora el hombre se desplaza con velocidad v, entonces el paraguas, que inicialmente lo tenía en dirección de la vertical, deberá ser inclinado un ángulo α para no mojarse. Este ángulo depende de -v+c (suma de los dos vectores velocidad). En concreto, es fácil comprobar que:

α = arc tan v/c

Este efecto, lo encontró en 1728 el físico James Bradley en las estrellas. En la explicación de Bradley para la aberración estelar, la lluvia es la luz de cierta estrella (con velocidad c) y el movimiento es el de la Tierra por el eter (v=30 km/s). Para observar una determinada estrella (supongamos la estrella polar), el telescopio debía moverse un ángulo α = arc tan v/c. Como la velocidad (el vector v) es distinta a lo largo de la presunta órbita de la tierra en torno al sol, el ángulo α también varía a lo largo del  año (ver figura 3). En consecuencia la estrella, en lugar de aparecer en un punto fijo  de la esfera estelar (P.N.), describe una pequeño circulo o elipse entorno a él. Y con esta explicación (veremos que "muy ingenua") de Bradley ya tenemos quizás la más falsa prueba del movimiento de la Tierra en torno al sol.

En la figura 4 podemos apreciar que hay tres posibles causas para el efecto de la aberración de Bradley:

1. Movimiento sólo de la Tierra (VT ≠0, VE=0).

2. Movimiento sólo de la estrella (VT=0, VE≠0)
3. Movimiento relativo Tierra-estrella (VT≠0, VE≠0)
Bradley, que era un heliocentrista, sólo consideró la posibilidad 1, además que en 1728 se pensaba que las estrellas permanecían todas fijas con V=0. 

Creo que la aberración estelar no depende de la posición que el astro presente. Está va a depender de la velocidad que existe entre los diferentes actores u observadores que interactúan con el astro (en este caso la luz).

Examen 1C: Espectro de radiación electromagnética

López Navarro Ana Denisse
Quimica 2401
Examen 1C: Espectro electromagnético



* Einstein define en 1905 que:

Energía= h * f = hc / (longitud de onda)

Donde h= constante de plank

La radiación de onda electromagnética esta dada por la frecuencia. Si la frecuencia aumenta, entonces también la energía. Pero si la longitud aumenta entonces la energía disminuye.

Examen 1B: Efecto foto-eléctrico

López Navarro Ana Denisse
Quimica 2451
Examen 1B: Efecto foto-eléctrico

Oseen se dio cuenta de que la relatividad había quedado tan envuelta en polémica que sería mejor adoptar una estrategia distinta. Propuso entonces que se diera el Premio Nobel a Einstein por el “descubrimiento de la ley del efecto fotoeléctrico”, una ley fundamental plenamente comprobada. Al mismo tiempo Oseen planteó que si se entregaba el premio de 1921 a Einstein, el de 1922 se podía dar a Niels Bohr por su modelo atómico basado en las leyes que explicaban el efecto fotoeléctrico.

Bohr unió la idea de átomo nuclear de Rutherford con las ideas de una nueva rama de la ciencia: La física cuántica. Así, en 1913, formuló una hipótesis sobre la estructura átomica en la que estableció 3 postulados:

1.- El electrón no puede girar en cualquier órbita, sino sólo en cierto número de órbitas estables. En el modelo de Rutherford se aceptaba un número infinito de órbitas.

2.- Cuando el electrón gira en estas órbitas no emite energía.

3.- Cuando un átomo estable sufre una interacción, como puede ser el impacto de un electrón o el choque de otro átomo, uno de sus electrones puede pasar a otra órbita estable o ser arrancado del átomo.

• El átomo de hidrogeno tiene un núcleo con un protón.
• El átomo de higrógeno tiene un electrón que esta girando en la primera órbita alrededor del núcleo. Esta órbita es la de menor energía.
• Si se le comunica energía a este electrón, saltará des la primera órbita a otra de mayor energía. Cuando regrese a la primera órbita emitirá rediación en forma luminosa.

Cuando a los elementos en estado gaseoso se les suministra energía (descarga eléctrica, calentamiento...) éstos emiten radiaciones de determinadas longitudes de onda. Estas radiaciones dispersadas en un prisma de un espectroscopio se ven como una serie de rayas, y el conjunto de las mismas es lo que se conoce como espectro de emisión.

Igualmente, si una luz continua atraviesa una sustancia, éstas absorbe unas determinadas radiaciones que aparecen como rayas negras en el fondo continuo (espectro de absorción). Posteriormente, Sommerfeld corrigió el modelo átomico de Bohr, admitiendo la existencia de órbitas circulares. Pero apesar de las correcciones de Sommerfeld, el modelo átomico de Bohr no explicaba todas las observaciones experimentales. 

*Bibliografía:

http://cuentos-cuanticos.com/2012/12/18/el-premio-nobel-concedido-a-einstein/

https://docs.google.com/document/preview?hgd=1&id=1LBTxVWpFFar-MCX2iu3_sz_Y97McPQyS18mSVuYVFsg