In un precedente articolo avevamo osservato come la percezione uditiva non possa essere considerata assoluta e valida per tutti allo stesso modo. Studiando alcune illusioni acustiche abbiamo potuto notare come molto spesso il nostro cervello venga “ingannato” nella codifica tra uno stimolo acustico e la nostra effettiva percezione sensoriale. Esistono altri fenomeni che non possono essere annoverati come illusioni acustiche in quanto la loro spiegazione è da attribuire unicamente ad un fenomeno di tipo fisico, quindi a monte della nostra interpretazione sensoriale. Questo è il caso dell’effetto Doppler. Cerchiamo di spiegare di che cosa si tratta:
L’effetto doppler è la variazione di frequenza di un onda da parte di una sorgente sonora in movimento. Nella vita di tutti i giorni possiamo notare questo fenomeno quando ascoltiamo il rumore di una sirena in movimento, infatti, possiamo notare che il rumore verrà percepito con un’ altezza maggiore ( da non confondere con l’intensità) se la sirena si avvicina verso di noi e, viceversa, con una minore quando questa si allontana.
Nella figura a lato possiamo vedere l’emissione sonora di una sorgente in stato di quiete . La sorgente sonora stazionaria produce onde sonore a frequenza costante , ed i fronti d’onda si propagano simmetricamente dalla sorgente a velocità costante . La distanza tra i fronti d’onda è la lunghezza d’onda. Tutti gli osservatori sentiranno la stessa frequenza, che sarà uguale alla frequenza effettiva della sorgente dove f = f 0 .
In questo caso la sorgente sonora si muove e irradia onde sonore a frequenza costante nello stesso mezzo.Tuttavia, ora la sorgente sonora si muove con una certa velocità . Poiché la sorgente è in movimento, il centro di ogni nuovo fronte d’onda viene ora leggermente spostato verso destra. Come risultato, i fronti d’onda iniziano a grappolo sul lato destro (di fronte) e collocati distanti sul lato sinistro (dietro) alla sorgente. Un osservatore di fronte alla sorgente sentirà una frequenza maggiore e quindi la percepirà più alta, mentre un osservatore che si trovasse dietro il puntino rosso ascolterà una frequenza minore ed un suono più basso.
Ragionando in termini musicali supponiamo che una piccola orchestra si trovi a suonare sopra un vagone scoperto di un treno in movimento, ipotizzando che uno dei musicisti abbia perso il treno e si trovi fermo sul marciapiede della stazione mentre il vagone si avvicina velocemente, egli ascolterà una musica trasportata in altezza rispetto allo spartito. L’entità di questa trasposizione sarà data dalla velocità del treno. Dopo che il vagone sarà passato noterà una trasposizione discendente. Una sorta di lento effetto glissato.
L’effetto Doppler trova applicazione in alcuni strumenti musicali, il più celebre è l’organo Hammond B3, dove un sistema di altoparlanti rotanti (Leslie) crea un effetto di modulazione caratteristico.
Esistono anche altri strumenti musicali che utilizzano il medesimo effetto: si tratta di strumenti percussivi a suono indeterminato, composti da una parte rotante generatrice del suono.
Similmente, se consideriamo invece delle onde acustiche le onde elettromagnetiche come la luce visibile, notiamo che l’effetto Doppler produce un cambiamento di colore in una sorgente luminosa in movimento rispetto ad un osservatore fermo.
Spettro delle onde elettromagnetiche visibili
Infatti se per una sorgente acustica in movimento avremo come effetto un suono più o meno alto nel caso essa si avvicini o si allontani da noi, per una sorgente luminosa, questo cambiamento di frequenza si manifesterà con un colore diverso: tendente al rosso se si allontana, ed al violetto se si avvicina.
Questa semplice osservazione è stata di fondamentale importanza per la cosmologia in quanto osservando le galassia lontane tramite dei potenti telescopi si è notato che esse tendono al rosso(red shift),
questo significa che si stanno allontanando da noi; ciò è alla base dell’evidenza di un universo in rapida espansione. Se le avessero viste tendenti al violetto (per fortuna per noi questo non è avvenuto) avrebbe significato che l’universo si starebbe contraendo e le galassie, per questo motivo, si starebbero avvicinando sempre più, fino a scontrarsi violentemente fra di loro, producendo una sorta di big bang al contrario o big crunch.
L’effetto Doppler trova altre applicazioni come nella medicina diagnostica (eco Doppler), nei radar per determinare la velocità di un oggetto, e nella comunicazione satellitare.