Efecto doppler de la luz - fisicayquimicafuentenueva

3.1 La ley de Hubble.
En 1924 Edwin Hubble descubrió por primera vez que existían otras galaxias (Andrómeda)
similares a la nuestra. Además fue el primero en demostrar con rigor que todas las galaxias se alejan
unas de otras y que por tanto el universo está en expansión.
Por último estableció una ley, que lleva su nombre y que establece la velocidad con la que se
separan las distintas galaxias de nuestro sistema solar:
Velocidad = Constante de Hubble( Ho= 0 km/s / MegaParsec) . Distancia Tierra-Galaxia (MegaParsec)
3.2 Desplazamiento hacia el rojo o efecto Doppler de la luz.
3.2.1 ¿Qué es un movimiento ondulatorio?
Un movimiento ondulatorio es un movimiento periódico que se puede propagar por un medio
material, como sucede con el sonido, o por el vacío como hace la luz procedente del sol.
En un movimiento ondulatorio se propaga energía de un punto a otro pero no hay transporte neto
de materia: cuando movemos de forma oscilatoria una cuerda transmitimos energía y la cuerda oscila
hacia arriba y abajo, pero la cuerda “no avanza”.
Para caracterizar una onda necesitamos conocer: su longitud de onda, su periodo, su frecuencia, y
su velocidad de propagación.
La longitud de onda λ es el espacio, recorrido en línea recta, que
recorre el movimiento hasta pasar dos veces por la posición de
equilibrio desplazándose en el mismo sentido.
El periodo T es el tiempo que tarda el movimiento en recorrer una
distancia equivalente a la longitud de onda.
La frecuencia f es el número de pulsos de la onda que llegan a un
punto en la unidad de tiempo. Su valor es la f =1/T.
La velocidad de propagación del movimiento es el espacio que recorre en la unidad de tiempo:
Velocidad de propagación = longitud de onda / Periodo = longitud de onda . frecuencia
En física se asocian los procesos muy energéticos con frecuencias muy elevadas y longitud de onda
corta. Por otra parte una onda de baja frecuencia y longitud de onda larga es poco energética.
3.2.2.- Los espectros de absorción:
Para identificar los componentes de una muestra desconocida los químicos utilizan una técnica conocida
como espectroscopia, que consiste en vaporizar la muestra mediante
descargas eléctricas hasta que se hace incandescente y emite luz, esta luz
se hace pasar por un prisma que descompone la luz en los distintos
colores.
En este espectro de colores aparecen con cierta regularidad una serie de
bandas oscuras que son características de cada elemento químico y que
permite identificarlos (estas bandas negras son una especie de DNI). Por
ejemplo el espectro de absorción del helio tiene un aspecto como el que aparece en esta fotografía:
3.2.3.- Desplazamiento hacia el rojo o cómo sabemos que las galaxias se alejan:
Para demostrar la expansión del universo y que las galaxias se separan unas de otras Hubble midió la
posición de las bandas negras de absorción de determinados elementos (hidrógeno, helio, litio) en la luz
emitida por varias galaxias. A continuación comparó estos espectros con los obtenidos en la Tierra para
esos mismos elementos.
Los resultados fueron sorprendentes: las bandas oscuras de absorción tenían la
misma separación entre ellas pero se encontraban desplazadas hacia frecuencias
más pequeñas de la luz, se encontraban desplazadas hacia la luz de color rojo.
El desplazamiento hacia menores frecuencias de la onda emitida por un foco
emisor en movimiento (en este caso la galaxia que emite luz) se conoce como
Efecto Doppler.
Para entenderlo mejor vamos a explicar el efecto Doppler con un
movimiento ondulatorio más intuitivo: el sonido.
Para ello imaginemos un observador al que se le acerca un tren en
movimiento:
1º el tren emite una onda sonora de forma esférica.
2º como la fuente sonora se mueve en la misma dirección del sonido
emitido, el intervalo entre las ondas sonoras se reduce.
3º este fenómeno se repite y el resultado es que el sonido que percibe
el observador al que se acerca el tren tiene mayor frecuencia (es más
agudo)
4º por razones similares un observador del que se aleja el tren observa
que el intervalo entre las ondas sonoras se hace más grande y por tanto
la frecuencia se hace menor y el sonido es más grave.
Conclusión para cualquier movimiento ondulatorio:
1º Si el foco emisor se acerca al observador su frecuencia es mayor o
su longitud de onda es menor (son magnitudes inversamente
proporcionales).
2º Si el foco emisor se aleja al observador su frecuencia es menor y su longitud de onda es mayor.
Por último tratemos de aplicar todo lo que hemos aprendido a una galaxia en movimiento que es un foco
emisor de una onda luminosa:
Si el foco emisor es una galaxia que emite luz al acercarse las
bandas oscuras del espectro, que no forman parte del
movimiento ondulatorio y están fijas, se desplazarían hacia
frecuencias luminosas mayores, es decir, hacia el color azul.
Si por el contrario las galaxias se están alejando de nosotros
las bandas negras se desplazarian hacia menores frecuencias,
es decir, hacia el color rojo.
Las observaciones de Edwin Hubble demostraban sin lugar a
dudas que todas las galaxias se alejan unas de otras: EL
UNIVERSO ESTÁ EN EXPANSIÓN.
Podemos terminar la explicación con el siguiente esquema para recordar cuál es la relación entre el
efecto doppler de la luz y el movimiento de los cuerpos del universo: