Soprannominato dagli amici “effetto ambulanza”, nella sua semplicità ha permesso di scoprire che l’universo si stava espandendo… Sono fiera di presentarvi… (rullo di tamburi)… l’effetto Doppler!
Supponiamo che dei musicisti suonino su un treno e che noi, fermi alla stazione, assistiamo al passaggio della bizzarra carrozza. Sentiremo un suono più acuto all’avvicinarsi del vagone e un suono più grave una volta che il treno si starà allonanando da voi. Mi direte “Ma dai… dei musicisti su un treno!”, ma questa volta dovrete interpellare il Signor Christian Andreas Doppler, che lo sperimentò di persona! (Chissà che scena simpatica dovette essere).
Più probabilmente vi sarà capitato, magari mentre siete nel traffico, di sentire il rumore della sirena di un’ambulanza; se ci fate caso noterete che all’avvicinarsi del mezzo a voi il suono si fa più acuto e al suo allontanarsi diventa più grave. Che cosa succede?
La gravità di un suono (chiamata più correttamente “altezza”) dipende da un parametro dell’onda sonora chiamato frequenza. Tanto più sarà alto il valore della frequenza, quanto più sarà alto (ovvero acuto) il suono emesso. La frequenza dei suoni emessi dall’ambulanza non cambia nonostante essa sia in movimento… Allora perchè il nostro orecchio percepisce un suono variabile?
Vi è mai capitato di giocare ad uno di quei giochini in cui bisogna far saltare ad un personaggio un ostacolo? Allora la frequenza emessa è la distanza tra gli ostacoli, mentre quella percepita è rappresentata dal numero di volte in cui facciamo saltare il nostro protagonista. Quando il personaggio prende velocità, anche se gli ostacoli mantengono tra loro la stessa distanza che possedevano inizialmente, noi dovremo saltare più velocemente. Per ottenere la frequenza percepita (quella con cui saltiamo) dovremo sommare la velocità del personaggio e quella con cui sono emessi gli ostacoli.
Questo effetto ha in realtà due nomi, dovrebbe più correttamente chiamarsi “effetto Doppler-Fizeau”. Questo secondo scienziato scoprì in maniera indipendente lo stesso effetto, ma sulle onde elettromagnetiche.
Ci sono moltissime applicazioni dell’Effetto Doppler-Fizeau, tra cui quella che citavo all’inizio, di aver dimostrato la continua espansione dell’universo. Ogni elemento presente nei corpi celesti emette una precisa frequenza luminosa, esattamente identica a quella che lo stesso elemento emette nei laboratori in cui può essere misurata. Edwin Hubble misurò però una frequenza diversa, più bassa, che attribuì ad un’allontanamento della sorgente (ovvero della stella). Quindi l’universo si sta espandendo!
L’effetto Doppler-Fizeau ha applicazioni infinite, tra cui il funzionamento della “vista” dei pipistrelli, alcuni apparecchi utilizzati in medicina per diagnosi angiologiche (Eco-Doppler e Laser-Doppler-Imager) e alcuni tipi di radar utilizzati in aeronautica.
Grazie, Herr Doppler e Monsieur Fizeau!
Stay Tuned
La Scienzabolaria
Post Scriptum
Per approfondimenti:
Trattazione approfondita dell’effetto Doppler-Fizeau
Wikipedia sull’effetto Doppler
Wikipedia sulla Legge di Hubble
Trattazione Matematica dell’effetto Doppler
Lo Scienzabolario 