Cos’è l’effetto Doppler e come viene usato? Di fatto, l’effetto Doppler si applica a tutte le tipologie di onde, sia che si tratti di onde sonore, luminose, radio, o di altre ancora. È un principio molto importante in diversi campi, dalla medicina, con gli ecocardiogrammi, all’astronomia, per determinare il movimento delle stelle.

Scopriamo assieme questo fenomeno che influenza la frequenza e la lunghezza delle onde in movimento e la sue molteplici applicazioni.

Effetto Doppler: cos’è?

L’effetto Doppler è un fenomeno fisico che consiste nell’apparente cambiamento della percezione, da parte di un osservatore, della frequenza o della lunghezza d’onda di un’onda emessa da una sorgente.

Effetto Doppler nella vita quotidiana

L’effetto Doppler è un fenomeno molto comune nella vita quotidiana ed è particolarmente evidente nei fenomeni sonori.

Ad esempio, l’effetto Doppler si può quindi constatare quando restando fermi in un punto, ascoltiamo la differenza nel suono emesso ad esempio dalla sirena di una ambulanza. Quando l’ambulanza si avvicina, il suono della sirena viene percepito con una frequenza più elevata rispetto a quella reale, quanto il mezzo di soccorso si allontana, invece, la frequenza percepita diminuisce rispetto a quella reale.

Ecco alcuni esempi dell’effetto Doppler nella vita quotidiana:

• il rumore di un’ambulanza che avanza;
• un’auto della polizia suona la sirena mentre insegue qualcuno;
• un ciclista in movimento passa davanti a un altoparlante che trasmette musica;
• il suono emesso da un aereo quando si allontana da un lavoratore a terra;
• un’auto che suona il clacson durante la guida.

Effetto Doppler: origine

Anche nei suoi sogni più audaci, Christian Doppler non avrebbe mai potuto immaginare l’importanza che la sua scoperta avrebbe avuto un giorno per tutta l’umanità. Quali risonanze avrebbe avuto il suo scritto Über das farbige Licht der Doppelsterne (1842) e quanto il mondo sarebbe cambiato in modo così decisivo grazie alla scoperta dell’effetto Doppler.

Ad oggi sono stati assegnati 24 Premi Nobel a diversi scienziati, le cui scoperte nei campi della medicina, scienze naturali e della tecnica sono state rese possibili grazie all’applicazione dell’effetto Doppler.

Di fatto, l’effetto fu analizzato per la prima volta da Christian Andreas Doppler nel 1845. Di fatto, si mise accanto ai binari della ferrovia e ascoltò il suono emesso da un vagone pieno di musicisti, assoldati per l’occasione, mentre si avvicinava e poi mentre si allontanava. Confermò che l’altezza del suono era più alta quando l’origine del suono si stava avvicinando, e più bassa quando si stava allontanando. Hippolyte Fizeau scoprì indipendentemente lo stesso effetto nelle onde elettromagnetiche nel 1848 (in Francia, l’effetto è a volte chiamato “effetto Doppler-Fizeau”).

Effetto Doppler: applicazioni

L’effetto Doppler è un fenomeno che trova applicazione nei più disparati ambiti, dall’astronomia (per misurare la distanza tra i corpi celesti o per calcolarne la velocità), alla medicina (per rilevare la velocità del flusso sanguigno), all’ingegneria (alcuni radar sfruttano questo effetto per calcolare la velocità dei corpi).

Si tratta altresì di un fenomeno osservato in molteplici contesti, come l’acustica, l’ottica e anche nel campo dell’elettromagnetismo. Di base, tale fenomeno descrive la variazione della frequenza osservata di un’onda che si verifica quando la sorgente dell’onda si muove rispetto all’osservatore.

Da un punto di vista pratico, il principio di Doppler è alla base di molte discipline: dal volo spaziale alle prove fondamentali della relatività alla fisica dei materiali, fino allo studio della dinamica dei fluidi, della biologia e della teoria dei quanti.

L’effetto Doppler è molto usato in astronomia, perché consente di misurare la velocità con cui le stelle, le galassie o i corpi celesti in generale si stanno avvicinando o allontanando, o per misurare la velocità di rotazione di stelle e galassie. Infatti, ha un’importanza cruciale in astronomia. Le stelle e le galassie emettono luce e altre radiazioni elettromagnetiche. Misurando lo spostamento Doppler della luce emessa da questi oggetti celesti, gli astronomi possono determinare se si stanno avvicinando o allontanando da noi, e con quale velocità.

L’effetto Doppler è usato anche in alcuni radar per misurare la velocità degli oggetti rilevati, ad esempio gli aerei. Questo tipo di radar si basa su uno slittamento di frequenza del segnale ricevuto rispetto al segnale trasmesso ed è molto utilizzato in meteorologia perché permette di rilevare con una certa precisione la distanza, la velocità e la direzione delle nuvole.

In buona sostanza, l’effetto Doppler è importante in vari ambiti come medicina, navigazione, astrofisica e cosmologia. Ad esempio, nel 1929, proprio grazie all’effetto Doppler, Hubble scoprì l’espansione dell’universo capendo che le galassie si allontanano da noi con una velocità proporzionale alla loro distanza.

Effetto Doppler in medicina

L’effetto Doppler viene anche usato in medicina per la rilevazione della velocità del flusso sanguigno tramite un’ecografia. Tale principio infatti è sfruttato dai Flussimetri Eco-Doppler, nei quali una sorgente di onde sonore, generalmente ultrasuoni, viene orientata opportunamente. Queste onde acustiche vengono poi riflesse con una nuova frequenza, a seconda della velocità vettoriale delle particelle sanguigne, rilevata e rielaborata in modo da ottenere tale misura di velocità.

Un’altra applicazione è il laser Doppler image, utilizzato per studi sull’angiogenesi, sulla disfunzione endoteliale, sulle ulcere cutanee e per gli studi sulle ustioni. Il principio del laser si basa sulla valutazione dell’effetto Doppler che si manifesta quando i fotoni colpiscono i globuli rossi in movimento: elaborando i dati prodotti dalla luce riflessa, in particolar modo della componente che ha subito un effetto Doppler, è possibile generare una mappa che rileva la perfusione ematica sulla superficie del tessuto. Un ampio utilizzo dell’effetto Doppler in medicina si ha con l’ecografia Doppler, ecoDoppler, una tecnica non invasiva utilizzata per lo studio anatomico e funzionale dei vasi sanguigni.

L’ecocolordoppler è un’altra tecnica di diagnostica usata per studiare la circolazione sanguigna in vene e arterie e utile per prevenire patologie cardiovascolari come l’infarto e l’ictus.

L’ecocolordoppler è una tecnica di diagnostica per immagini che sfrutta l’effetto Doppler dei fluidi in movimento consentendo di raffigurare graficamente il passaggio del sangue nei vasi sanguigni, (arterie, vene, capillari), così da studiarne la morfologia e la funzionalità.

L’esame viene effettuato con le stesse modalità con le quali si eseguono le classiche ecografie; ovvero attraverso l’utilizzo di una sonda ad ultrasuoni che l’operatore specializzato fa passare sulla cute della zona da analizzare precedentemente ricoperta con un particolare gel che assicura la trasmissione acustica degli ultrasuoni.

L’utilizzo dell’effetto Doppler negli ultrasuoni permette di misurare la velocità del flusso sanguigno ed in combinazione con la metodologia COLOR, (aggiunta del colore nella rappresentazione dell’esame ecografico), consente di individuare e visualizzare in tempo reale i vari vasi sanguigni e la presenza di  eventuali patologie.

Effetto Doppler e udito

L’effetto Doppler ha un impatto importante sulla nostra percezione uditiva. Innanzitutto, ci permette di capire se il suono è in movimento, se si sta avvicinando o allontanando e di conseguenza ci consente di reagire anche a situazioni di eventuale pericolo o semplicemente di lasciare passare un’ambulanza in corsa.

Conclusioni

L’effetto Doppler è un principio fisico di ampio respiro con applicazioni che interessano svariati campi del sapere e della vita quotidiana. La sua comprensione e sfruttamento ci permettono di misurare distanze e velocità con grande precisione, contribuendo in modo significativo al progresso tecnologico, ingegneristico e scientifico. Infatti, grazie all’effetto Doppler, possiamo decifrare informazioni che altrimenti sarebbero inaccessibili, dal flusso del sangue nel nostro corpo fino al movimento delle stelle nell’universo.

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