Enunciado
Física - Moysés - Vol. 2 - Ed: 4º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 16
Complete a teoria do efeito Doppler para movimento numa direção qualquer calculando a frequência percebida por um observador quando a fonte, de frequência , está em repouso na atmosfera e o observador se move ao longo de uma direção com velocidade de magnitude . No instante considerado, a direção que liga o observador à fonte (figura) faz um ângulo com a direção do movimento. Verifique se recai nos resultados obtidos no texto para e .
Passo 1
A coisa mais importante quando pensamos no efeito Doppler: a velocidade de aproximação ou afastamento entre a fonte e o observador.
Quando mudamos a direção de aproximação por um ângulo , só o que precisamos fazer é calcular como isso afeta o módulo da velocidade de aproximação ou afastamento.
Passo 2
Vamos começar desenhando e calculando o caso em que (que é o caso tradicional):
A fórmula geral para o efeito Doppler é:
Nesse caso temos e :
E como estamos falando de uma aproximação, precisamos ter , então o sinal no numerador tem que ser positivo:
Passo 3
Agora vamos ver o que acontece quando a trajetória da fonte é desviada por um ângulo :
A única diferença é que a velocidade de aproximação vai mudar. Temos que projetar o vetor na direção .
Então:
E quando nós voltamos ao caso inicial.
Quando , a fonte está atrás do observador, e portanto ocorre afastamento:
Ou seja, o sinal do numerador se torna negativo, exatamente como deveria ser.
Resposta
A frequência percebida será dada por . O caso corresponde à aproximação no modelo tradicional do efeito Doppler em uma única dimensão, e o caso corresponde ao afastamento.