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l’effetto del lunedì – 03 – Doppler

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E’ piuttosto facile riconoscere se un’ambulanza sta venendo nella nostra direzione, perché il suono della sua sirena è più “alto”; analogamente, quando l’ambulanza si allontana, il suono assume una frequenza minore.
Quando Christian Andreas Doppler, matematico e fisico austriaco, scoprì l’effetto nel 1845, non c’erano ambulanze a motore, ma un treno con una piccola orchestra a bordo fu più che sufficiente come esperimento decisivo: Doppler si mise lungo i binari e verificò la distorsione nel suono prodotto.
La variazione della frequenza si spiega in questo modo: quando la sorgente del suono si avvicina all’ascoltatore, le onde emesse sono più ravvicinate per via dello spostamento della sorgente. Alle orecchie dell’ascoltatore si produce così un suono di maggiore frequenza.
Un’esperienza che può chiarire intuitivamente l’effetto è una nuotata in mare: allontanandoci da riva, incontreremo le onde più ravvicinate l’una all’altra, mentre se vi torniamo la loro frequenza ci apparirà minore.

A soli tre anni di distanza, e soprattutto in maniera Hippolyte Fizeau scoprì indipendentemente lo stesso effetto nelle onde elettromagnetiche nel 1848 (in Francia, l’effetto è a volte chiamato “effetto Doppler-Fizeau”).
La comprensione di questo aspetto dell’effetto, in particolare con riferimento alle onde luminose, ha rivestito un ruolo fondamentale per la comprensione di fenomeni in astronomia.
Lo spettro elettromagnetico (quindi sia all’interno sia fuori lo spettro del visibile) irradiato dai corpi celesti non è continuo, ma presenta dei picchi a certe frequenze, legate agli stati energetici degli elettroni degli elementi chimici che compongono i corpi. Nel momento in cui queste sorgenti si muovono, questi picchi si trovano spostati rispetto alla posizione nella qualce ci si aspetterebbe trovarli se la medesima sorgente fosse ferma.
Dalla misurazione della differenza di posizione si può risalire alla velocità dello spostamento, nello stesso modo in cui, conoscendo la nota prodotta dalla sirena di un’ambulanza ferma, ascoltando la nota prodotta da quella in movimento si potrebbe dedurre la velocità alla quale il veicolo si sta spostando.
Nell’ambito della luce visibile, invece, essendo i colori agli estremi dello spettro il rosso (frequenza minore) e il violetto (frequenza maggiore), l’effetto che normalmente si verifica osservando oggetti celesti è il cosiddetto red shift, “spostamento verso il rosso”, poiché la frequenza misurabile è minore di quella teorica. Da qui si deduce che le stelle si stanno allontanando dal nostro punto di osservazione (vige in questo campo la legge di Hubble).
L’effetto Doppler elettromagnetico è una delle basi della teoria dell’universo in espansione, ma molto più modestamente ha permesso ad esempio di individuare stelle binarie dove in apparenza se ne osservava una con delle anomalie, o misurare la velocità di rotazione di corpi celesti, galassie e ammassi interstellari.