Si han presenciado en directo una carrera de Fórmula 1 —o una competición similar—, habrán podido apreciar un curioso detalle: el sonido del motor cuando el monoplaza se aproxima a un observador es muy diferente al sonido que percibimos del motor cuando el monoplaza se aleja del observador. En el primer caso, el sonido se hace más grave conforme se aleja de nosotros. En el segundo, el sonido se hace más agudo conforme se acerca el monoplaza a nosotros.
La frecuencia del sonido puede variar si se produce un movimiento relativo
¿Por qué ocurre este peculiar fenómeno? ¿No deberíamos percibir el mismo sonido independientemente del movimiento? La respuesta es no. Tal y como ya explicó el físico austríaco Christian Andreas Doppler, la frecuencia del sonido varía cuando se produce un movimiento relativo entre el emisor y el receptor, alterando así el sonido que nuestro oído percibe.
Para comprender más profundamente este fenómeno, debemos partir de la base: una onda (sonora o electromagnética) no es más que una perturbación en un medio (el aire, en este caso). Una onda, por lo general, se propaga en todas las direcciones —salvo casos concretos—, y cuenta con diversos parámetros medibles que permiten diferenciar infinitas ondas. Entre ellos se encuentra la frecuencia, una magnitud que refleja la relación entre la velocidad de propagación de la onda y la longitud de la misma.
Si el foco emisor de la onda (monoplaza de Fórmula 1) se desplaza respecto a un observador estático (aficionados en las gradas), la velocidad de la onda respecto a este observador estático será la suma (o resta, en caso de alejarse) de dos velocidades: la velocidad de propagación propia del sonido y, al mismo tiempo, la velocidad con la que se desplaza el foco emisor. Este incremento o decremento de la velocidad se traduce en una variación de la frecuencia percibida por el receptor, parámetro que determina si un sonido es más grave o más agudo.
Cuando el monoplaza se aproxima a nosotros, la velocidad es mayor. Y dado que la frecuencia es directamente proporcional a la velocidad (frecuencia = velocidad / longitud de onda), esta también aumenta, haciendo más agudo el sonido que percibe el receptor. Lo mismo ocurre en el caso contrario: si la velocidad de onda es menor, la frecuencia de la onda se reduce y el sonido percibido es más grave.
La única forma de percibir el sonido real del emisor es mediante la anulación del movimiento relativo. Es decir: mantener el foco emisor en reposo o, por el contrario, desplazar el receptor a la misma velocidad que el foco emisor (velocidad relativa igual a cero).
Aunque el efecto Doppler es fácilmente observable en las ondas sonoras, la realidad es que cualquier tipo de onda —incluyendo las electromagnéticas— es susceptible ante este efecto. En el caso de la luz visible, si el emisor se aproxima al receptor, la luz percibida adopta un tono más próximo al violeta. En caso contrario, la luz comienza a aproximarse al color rojo.
No obstante, en el caso de las ondas electromagnéticas del espectro visible (luz), la desviación asociada al efecto Doppler es mínima respecto a la velocidad de propagación de la luz, pasando desapercibida ante el ojo humano. En el caso del sonido, dada su menor velocidad de propagación, cualquier variación en la velocidad de propagación del foco emisor puede ser percibida con una mayor facilidad, alterando así el sonido que percibe el oído humano.