Misura delle velocità di flusso tramite l’effetto Doppler
I gas che scorrono in un tubo contengono anche piccole particelle di altre sostanze. Ultrasuoni vengono inviati attraverso la parete del tubo. Gli echi generati dalle particelle in movimento hanno una frequenza modificata. La velocità delle particelle può essere calcolata dallo spostamento di frequenza.
In questo modo si possono studiarei flussi in tubi molto sottili o nella gamma supersonica. Così, per esempio, i flussi nei motori a combustione possono essere misurati e l’efficienza della combustione può essere migliorata.
Navigatori e GPS: resi possibili dall’effetto Doppler
Il “Navigational Satellite Timing and Ranging – Global Positioning System”, o semplicemente GPS in breve, è una forma di sistema di navigazione sviluppata a partire dagli anni ’70 che calcola solo la posizione e l’altitudine del ricevitore a partire dai dati ricevuti da diversi satelliti. Tuttavia, poiché i satelliti si muovono intorno alla terra, i navigatori e il GPS funzionano secondo l’effetto Doppler: le onde elettroniche cambiano la loro lunghezza d’onda, e da questo si determina la distanza dai satelliti. E da queste informazioni, il sistema di navigazione ed il GPS possono calcolare la posizione del ricevitore.
Se il sistema di navigazione, il GPS o anche il telefono cellulare sono accesi, la posizione del dispositivo può essere determinata. Questo fatto può a volte fornire un supporto essenziale nelle indagini di polizia o nella ricerca di persone scomparse.
Radar e sonar con l’effetto Doppler
Il radar (RAdio Detecting And Ranging = localizzazione e misurazione della distanza via radio) fu inventato da Heinrich Hertz quando scoprì nel 1886 che gli oggetti metallici riflettono le onde elettromagnetiche. Ma solo alla fine degli anni ’30 il radar era maturato al punto da poter rilevare aerei, veicoli corazzati o navi in alto mare a distanze fino a 40 chilometri. Il radar del traffico automobilistico, tanto odiato da molti oggi, ha visto la luce nel 1956.
Basandosi sull’effetto Doppler, il radar emette onde elettromagnetiche che l’oggetto rilevato riflette. Il dispositivo determina immediatamente se queste onde sono compresse o allungate, cioè se l’oggetto si sta avvicinando o allontanando. E calcola la velocità alla quale l’oggetto si muove. Il radar non solo rileva gli eccessi di velocità, ma può anche controllare il flusso del traffico nei colli di bottiglia, nei cantieri o negli incroci. Invia i dati registrati a un computer centrale, che li usa per determinare la velocità ottimale per ottimizzare il flusso del traffico, velocità che viene poi illuminata sui tabelloni o utilizzata per regolare conseguentemente le fasi dei semafori.
Il sonar, un’altra applicazione basata sull’effetto Doppler, emette onde sonore in acqua che raggiungono una velocità di propagazione (circa 1480 m/s ) quattro volte superiore a quella in aria. Quando queste onde sonore colpiscono un oggetto, vengono riflesse e il sonar può determinare la distanza e il movimento dell’oggetto.
I delfini sono naturalmente dotati di un “ecoscandaglio” che rende la caccia molto più facile per loro. Come i pipistrelli, emettono suoni che vengono riflessi dal corpo della preda e rivelano così la sua posizione.
Previsioni del tempo utilizzando l’effetto Doppler
Le previsioni del tempo non sarebbero possibili senza i radar meteorologici e quindi, ancora una volta, senza l’effetto Doppler: le nuvole contengono goccioline d’acqua o chicchi di grandine che riflettono le onde elettromagnetiche. E poiché queste nuvole si muovono, il radar meteorologico può determinare la loro posizione così come la velocità e la direzione del loro movimento. L’elaborazione di questi dati permette poi di fare previsioni (preferibilmente usando congiuntivo ipotetico) su dove e quando dovremmo aspettarci pioggia o grandine e con quale intensità – a meno che la direzione del vento non cambi inaspettatamente.
Il principio Doppler sta anche alla base del funzionamento del georadar: il trasmettitore si muove, quindi la lunghezza d’onda dei fasci cambia e l’eco di un oggetto localizzato mostra la sua posizione e distanza. Per esempio, un aereo precipitato 70 anni fa potrebbe essere localizzato a 75 metri di profondità nel ghiaccio della Groenlandia, un dinosauro in Patagonia e un mammut in Siberia.
Misure della terra attraverso l’effetto Doppler
Uno dei compiti della geodesia (suddivisione della terra) è quello di determinare le diverse forme della superficie terrestre, come mostrato sulle carte geografiche usando colori diversi per le pianure o le montagne. Dagli anni 60, questa misurazione altrettanto dettagliata ed esatta della superficie terrestre è stata effettuata dai cosiddetti satelliti Doppler, come il sistema TRANSIT fino al 1996 e il sistema DORIS dal 1990. I satelliti orbitano intorno alla terra lungo i meridiani (rotte polari) e scansionano la terra in modo simile al radar. Poiché essi si muovono molto velocemente rispetto alla Terra “ferma”, il principio di Doppler può essere utilizzato anche qui. Nulla sfugge al sistema DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) perché le traiettorie dei singoli satelliti formano una sorta di griglia intorno alla Terra, che ruota attorno al suo asse all’interno di questa struttura reticolare.