Effetto
Doppler. Fenomeno consistente
nella variazione di frequenza delle
onde emesse da una sorgente
e percepita da un osservatore, quando sorgente e osservatore siano in moto l'una rispetto
all'altro. Il fenomeno si osserva
facilmente nel caso di sorgenti
sonore quando si sente un suono
più acuto se la sorgente si avvicina
all'osservatore e uno più grave se se ne allontana. Gli stessi
effetti si verificano quando è l'osservatore che si muove rispetto
alla sorgente. Con
le onde luminose il fenomeno è osservabile
in modo sensibile con sorgenti astronomiche o atomiche che abbiano
velocità sufficientemente
elevate; nel caso astronomico l'effetto si manifesta come una variazione delle lunghezze d'onda della luce
emessa da una certa sostanza
su un corpo celeste in movimento, rispetto alle lunghezze
d'onda emesse dalla stessa sostanza
sulla Terra: se sorgente e osservatore si avvicinano, si ha uno spostamento delle componenti dello spettro luminoso
verso il violetto, nel caso opposto
lo spostamento è verso il rosso. Nei gas fortemente riscaldati si osserva un
allargamento delle righe spettrali emesse: questo allargamento è dovuto al fatto che gli
atomi che emettono quelle particolari righe si muovono velocemente
in tutte le direzioni rispetto agli strumenti
di osservazione, determinando piccole variazioni delle frequenze osservate. Con sorgenti sonore si possono distinguere
per semplicità due casi che possono verificarsi
anche contemporaneamente:
A) la sorgente sonora si allontana dall'osservatore con velocità u; allora la frequenza percepita dall'osservatore è n¢ n 1/[1+u/v])
in cui v è la velocità del suono e n è la frequenza percepita
quando la sorgente è in riposo. B) La sorgente è in riposo nel mezzo attraverso il quale
si propaga il suono, ma l'osservatore
si allontana con velocità u; la frequenza percepita è n¢ n 1-u/v). Con sorgenti
luminose non si possono utilizzare le formule precedenti, perché la luce
non ha bisogno di un mezzo materiale per propagarsi e la sua velocità relativa
alla sorgente o all'osservatore ha sempre il valore c qualunque sia il
moto relativo di questi corpi.
La formula dell'effetto D., calcolata
in accordo con la teoria della relatività è: n¢ n 1-u/c)/[1-(u/c) ]. In tutte le precedenti equazioni sostituendo -u a u si
ottengono le relazioni adatte al caso in cui la sorgente e l'osservatore si avvicinino l'una
all'altro. Se il rapporto u/c è abbastanza piccolo, le differenze
tra le tre equazioni precedenti diventano trascurabili. Quando u è maggiore della velocità
di propagazione dell'onda, queste formule perdono significato e si verificano altri fenomeni quali l'effetto Cerenkov, la formazione di onde d'urto, ecc.
L'effetto D. ottico è utilizzato in astronomia nello studio di stelle binarie spettroscopiche e nella determinazione della
velocità radiale di corpi celesti
e di porzioni di materia cosmica,
mediante la misurazione dello spostamento verso il rosso (red shift) delle righe dello
spettro da questi emesso. In fisica, la verifica sperimentale delle formule dell'effetto D. ottico costituisce un'importante riprova della validità
della teoria della relatività ristretta. Nel campo delle radioonde,
l'effetto trova applicazione in alcuni tipi di radar.
Esame
Doppler. In medicina, esame
che consente lo studio della velocità
di scorrimento del sangue
sfruttando l'effetto
Doppler. Allo scopo viene utilizzata una sonda emittente-ricevente
che invia onde elettromagnetiche a frequenza nota; tali onde, urtando
contro i globuli rossi, che scorrono nel
sistema cardiocircolatorio,
vengono riflesse e tornano alla sonda
con una frequenza che è tanto più
bassa quanto più veloce è il flusso sanguigno. L'onda di ritorno viene quindi rappresentata
graficamente. L'effetto
D. viene sfruttato in medicina per lo studio non invasivo
dei vasi sanguigni (D. arterioso e venoso), del cuore (ecocardiografia D.), in oftalmologia
(per lo studio del flusso attraverso
l'arteria retinica), in alcuni settori della medicina interna come complemento all'ecografia bidimensionale (p. es. per lo studio dei flussi attraverso l'arteria epatica e la vena porta nella diagnostica
della patologia del fegato), e in ginecologia per la valutazione dello stato del feto attraverso l'analisi del flusso sanguigno nei vasi del funicolo
ombelicale e attraverso lo
studio dell'integrità dell'apparato
cardiovascolare del feto stesso. Senza dubbio le applicazioni
più frequenti dell'effetto D. in medicina sono quelle in campo vascolare e cardiologico.
In campo vascolare l'analisi
del tracciato ottenuto con il D. permette di rilevare con facilità anomalie del calibro
o della parete dei vasi sanguigni
esaminati, soprattutto di quelli più
superficiali, ed è quindi particolarmente utilizzato nella diagnosi della patologia arteriosclerotica e delle sue complicazioni. In campo cardiologico
l'esame consente la determinazione e la misurazione
non invasiva della
velocità del flusso del sangue attraverso i vari apparati
valvolari o eventuali difetti dei setti
cardiaci e, grazie a una semplice formula matematica, consente di ottenere
un valore molto preciso del
gradiente di pressione transvalvolare. L'ecocardiografia D. contiene informazioni complementari a quelle che si
ottengono per mezzo dell'ecocardiografia
mono- e bidimensionale, grazie ai
due sistemi di applicazione: D. continuo e D. pulsato.
Mentre il
D. continuo consente la misurazione
dei flussi anche di elevata
velocità (come p. es. quelli che si
verificano in presenza di una stenosi
valvolare o di un difetto dei setti
cardiaci), il D. pulsato consente una localizzazione spaziale precisa di un deteminato flusso nel punto
desiderato (utile soprattutto
per la diagnosi di insufficienza valvolare). Il D. pulsato si è recentemente
arricchito della
visualizzazione a colori
(color-D). Quest'ultima metodica
consente di esaminare contemporaneamente molti punti diversi
del flusso sanguigno all'interno del
cuore, segnalando in colore rosso i
flussi che si muovono in direzione
della sonda, ed in blu quelli che
si dirigono in senso opposto. L'ecocardiografia D. risulta pertanto
estremamente utile per la diagnosi
e la valutazione evolutiva delle cardiopatie congenite e acquisite (in particolare le valvulopatie).
Navigazione
Doppler. Metodo di navigazione stimata che consente di
conoscere esattamente la velocità rispetto al suolo e la direzione effettiva del moto
di un aeroplano. Tale metodo è stato concepito, infatti, per calcolare con precisione la componente longitudinale del vento
lungo la traiettoria (da cui si ottiene
la velocità rispetto al suolo per somma o differenza con la velocità vera rispetto all'aria)
e la componente trasversale
del vento, da cui si
deduce l'angolo di deriva. Il sistema
su cui si basa è autonomo, cioè indipendente da apparati di
radioassistenza al suolo, e
consta di un'emissione da bordo dell'aereo, verso il basso, di quattro
fasci di radioonde a coppie opposte (una anteriore
e una posteriore), con l'asse mediano coincidente con quello longitudinale del
velivolo. Le radioonde raggiungono il
suolo con concordanza di fase e, secondo
l'effetto D. (da cui il nome dato
al metodo), si riflettono con una variazione di frequenza
che è in relazione diretta con la velocità dell'aereo. L'apparato ricevitore traduce le variazioni di frequenza fra ciascuna onda trasmessa e la corrispondente, riflessa in forza elettromotrice che aziona il
dispositivo di comando di un motore
elettrico collegato a un meccanismo elettromagnetico che muove l'antenna
attorno a un asse verticale. La forza elettromotrice agisce fino a quando sussiste
la differenza di frequenza fra
onda emessa e onda ricevuta; questa si annulla
quando l'asse dell'antenna è parallelo alla direzione del moto. Perciò l'angolo
di cui ruota l'antenna è uguale all'angolo compreso fra la direzione della prua dell'aereo
e la direzione del
moto, vale a dire l'angolo di deriva. Un
elaboratore calcola continuamente le velocità rispetto al suolo. Il sistema è completamente
automatico e i valori di angolo
di deriva e velocità rispetto al suolo, oltre ad apparire istantaneamente sul quadrante di
uno strumento indicatore (cinederivometro), possono essere introdotti nel calcolatore dell'autopilota, che mantiene in tal modo l'aereo
accuratamente sulla rotta prefissata. Il sistema D. è molto usato nella navigazione
aerea a lungo raggio su regioni
poco assistite come p. es. gli oceani, l'Africa, l'America Meridionale, l'Asia sud-occid. e l'Oceania.