El efecto Doppler es un fenómeno físico en el que, cuando la fuente que emite una onda (electromagnética o de sonido) está en movimiento respecto a un observador, la frecuencia que percibe ese observador varía en función de ese movimiento.
 
Es decir, con el ejemplo del sonido, cuando la fuente de sonido, por ejemplo una ambulancia (pero puede ser también un coche, un avión, una persona o cualquier cosa) se está moviendo, la persona que lo escucha percibe que el sonido es más agudo o más grave conforme la ambulancia se está acercando o se está alejando. Una ambulancia no tiene nada particular que haga que se produzca el efecto Doppler, pero al ser un objeto en movimiento que emite un sonido constante por un periodo de tiempo prolongado, podemos apreciar ese cambio en el tono de la sirena cuando pasa por nuestro lado. Un claxon de un coche, al ser un sonido breve, no nos permite tanto darnos cuenta, aunque también le ocurre.
 
¿Por qué ocurre este fenómeno? Puedes visualizarlo como las ondas en un lago. Si tiras una piedra en un punto, las ondas son concéntricas y simétricas alrededor de la piedra, pero si tienes un barco moviéndose, este irá produciendo nuevas ondas conforme se mueve y el centro de cada una de ellas se va desplazando en la misma dirección del movimiento. Cerca de la proa se acumulan todas y están más juntas (frecuencias más altas: en el sonido, más agudas y en la luz, más azules). Pero detrás del barco, la estela se ensancha y se separa (frecuencias más bajas: en el sonido más graves, en la luz más rojas). 
 
Si volvemos a la ambulancia, cuando la ambulancia se acerca percibimos las ondas de sonido de la "proa" y el sonido es más agudo. Cuando la ambulancia se marcha, nos llega su estela y el sonido se va volviendo más grave.
 
Este fenómeno aplicado a la luz (corrimiento al azul o al rojo) nos permite, por ejemplo, estudiar el movimiento de estrellas y galaxias en astrofísica.
 
En la página de la Wikipedia en español hay unas animaciones preciosas con las que se puede visualizar este fenómeno.

La velocidad del sonido en el aire es aproximadamente constante. Un valor aceptable es 340 metros por segundo. El sonido está formado por ondas de presión que tienen como características fundamentales la longitud de onda y la frecuencia. Los tonos agudos tienen frecuencias más altas que los graves. Pero su producto es la velocidad a la que viaja el sonido.

Cuando una ambulancia se acerca a nosotros, por ejemplo, a 20 metros por segundo, la velocidad del sonido de su sirena hacia nosotros será de 360 metros por segundo, con lo que escucharemos su sirena a una frecuencia mayor y cuando se aleja de nosotros será menor. Ese efecto es más notorio con el pitido de un tren a alta velocidad.

 

 

El efecto Doppler está relacionado con las ondas en general que pueden ser de sonido, mecánicas, ópticas... 

Una onda periódica es aquella que repite un patrón de comportamiento cada cierto tiempo, al que se le llama período. Un receptor de la onda (el oído, un detector de luz, etc.) percibe el período de la onda solamente si la fuente de la onda y el sensor está en reposo relativo (no se mueve uno respecto al otro). 

Si existe un movimiento relativo de uno respecto al otro, entonces el período parecerá más corto si se aproximan o, más largo si se alejan; a este fenómeno se le llama efecto Doppler.

En el caso de las ambulancias (y de la motocicletas y los autos de carrera) generan un sonido que al acercarse se percibe más agudo que cuando se alejan. Esto se debe a la percepción del efecto Doppler. 

El sonido es en realidad ondas de presión de aire. Los sonidos más agudos corresponden a ondas con mayor frecuencia (más cambios de presión por segundo) y los sonidos más graves corresponden a ondas con menor frecuencia (menos cambios de presión por segundo).

El efecto Doppler se da cuando un objeto emite un sonido, es decir, una onda, cuando se mueve con respecto a nosotros. Cuando una ambulancia se acerca a nosotros, el sonido de la sirena no llega en la misma dirección en la que se mueve la ambulancia, lo que hace que recibamos la onda a mayor velocidad, y por tanto nos llegue con una frecuencia mayor, y por eso lo oímos más agudo. Cuando se aleja de nosotros, el sonido nos llega en dirección opuesta al movimiento de la ambulancia, lo que reduce la velocidad y la frecuencia del sonido, y por ello oímos la sirena más grave que cuando se acercaba.

El mismo efecto causa el sonido típico de los coches al pasar cerca de nosotros, es decir, una cambio rápido de agudo a grave ya que el coche pasa de acercarse a nosotros a alejarse de nosotros.

El tono de un sonido es la frecuencia con la que llega al receptor y esta es el número de máximos de presión en un segundo. Si el cuerpo que emite el sonido tiene una cierta velocidad hacia nosotros, cada onda que emite saldrá un poco más cerca de nosotros que la anterior provocando que viajen más juntas cuanto más rápido se acerque. Esto provocará que llegarán más juntas a nuestros oídos y por tanto lleguen más frentes en un segundo, es decir, que oiremos el sonido con un tono más agudo. Si el objeto se aleja lo oiremos más grave, evidentemente.

El efecto Doppler (cuando se aplica al sonido) consiste en que escuchamos un sonido más grave o más agudo de lo que era originalmente cuando procede de un objeto que se mueve (con respecto a nosotros). Esto viene de que, lo que percibimos como que un sonido sea más grave o más agudo está relacionado con una propiedad física que se llama “frecuencia”. Por ejemplo, en las notas musicales, el La del segundo espacio en clave de sol se corresponde con una frecuencia de 440 hertzios, mientras que, su octava (su “versión más aguda”), se corresponde con 880 hertzios.

El sonido es una onda de presión en el aire, y como el aire es invisible, puede ser poco intuitivo visualizar esta onda. Pero todo se comporta de una manera análoga a como lo hacen las ondas que se forman al tirar una piedra a un estanque y esta analogía nos puede ayudar a entender mejor el concepto de frecuencia, longitud de onda y velocidad de propagación: los parámetros físicos que determinan esto del efecto Doppler.

En el caso de las ondas en el lago, puedes ver que aparecen unas zonas donde la altura del agua es máxima y otras en las que es mínima. La longitud de onda sería la distancia entre dos máximos consecutivos. Además, si permaneces en un punto fijo del agua, verás cómo el nivel del agua sube y baja de manera repetida. El número de estas repeticiones que se hacen en un segundo es lo que se llama frecuencia (eso que, en el caso del sonido, determina que suene más grave o más agudo). La frecuencia se mide en hertzios (1 hertzio = 1 repetición por segundo).

Y, por otra parte, está la velocidad de propagación, que es la velocidad con la que verías que avanzas si te quedas en uno de los máximos de esta onda. En el sonido, aunque no lo podamos visualizar, tenemos máximos y mínimos de presión que serán los que determinen la frecuencia, longitud de onda y la propagación.

Cuando tenemos un objeto que emite un sonido y se mueve, acercándose hacia quien lo escucha (como puede ocurrir con la sirena de una ambulancia), tendrá la sensación de que la longitud de onda es más corta (o de que la frecuencia es más rápida). Esto ocurre porque la ambulancia, en un determinado punto, emite uno de estos máximos de presión y se empieza a propagar. Como la ambulancia se está moviendo, el siguiente máximo de presión se emitirá en un punto distinto, haciendo que la distancia entre estos dos máximos de presión sea más corta que cuando la ambulancia permanece en reposo. 

Finalmente, esto hace que en el oído de quien esté escuchando la ambulancia, el tiempo transcurrido entre los máximos de presión sea más breve: lo que se escucha como un sonido más grave. Si la ambulancia, en lugar de acercarse, se aleja, ocurrirá lo contrario: se percibe como un sonido más grave. También es interesante remarcar que, para las personas que permanecen en el interior de la ambulancia, este efecto no sucede, ya que se mueven con la misma velocidad que la ambulancia.

Mucha gente suele confundir el efecto Doppler con otro fenómeno: el aumento de la intensidad del sonido en función de la distancia al emisor del sonido. Es un error bastante común porque (en el caso de las ambulancias) aparece siempre junto con el efecto Doppler.

La intensidad de un sonido es otra propiedad física de las ondas, que se refiere a la cantidad de energía que contiene una onda en un cierto punto, se mide en belios (o decibelios) y, en el caso del sonido, se reduce a que escuchemos ese sonido más fuerte o más leve. Como la ambulancia se está moviendo, la intensidad de sonido que llegará a nuestros oídos va a ser progresivamente mayor o menor a medida que se acerque o se aleje.

Pero esto no es el efecto Doppler (aunque aparezca junto a él). El efecto Doppler lo que hará es que el sonido se escuche más agudo o más grave (con respecto a cómo suena cuando está parado) según se acerque o se aleje.

El efecto Doppler es el cambio en frecuencia que percibimos cuando el origen de un sonido se acerca o aleja rápidamente. El sonido es una forma de vibración que perciben nuestros oídos, y una propiedad importante de este es la frecuencia. La frecuencia se mide en vibraciones por segundo y su unidad es el hercio (Hz). A más rápida la vibración, más agudo es el sonido.

Cuando una ambulancia activa su sirena, esta produce un sonido constante, pero el sonido no llega instantáneamente a nuestros oídos, sino que tiene que recorrer la distancia desde el altavoz de la sirena hasta nosotros. Si la ambulancia se acerca rápidamente a nosotros, cada vibración individual tiene que recorrer una distancia más corta hasta nuestros oídos, por lo que tarda menos en alcanzarnos. De esta manera, recibimos las vibraciones ligeramente más rápido de lo que se generaron, lo que se traduce en una frecuencia percibida ligeramente más alta, y un sonido ligeramente más agudo.
 
Lo opuesto ocurre cuando la ambulancia se aleja. Cada vibración individual tiene que recorrer una distancia más larga que la anterior, aumentando el espacio entre vibraciones, reduciendo la frecuencia percibida, y traduciéndose en un sonido más grave.

Este efecto aparece cuando hay una variación en la frecuencia de una onda en relación con un observador que se mueve con respecto a la fuente de esta onda.

Cuando una ambulancia se mueve hacia el observador las ondas producidas por su sirena se comprimen y esto implica un aumento en la frecuencia que se escucha como un sonido agudo, pero cuando la ambulancia se aleja, las ondas se estiran, es decir, la frecuencia disminuye y así se escucha un sonido más grave.

Se puede hacer un análogo haciendo que la ambulancia sea un dedo recorriendo una tela. Delante del dedo, se observa la compresión de la tela, es decir, un aumento en la frecuencia, mientras que por detrás del dedo la tela se estira, disminuyendo la frecuencia.