THE DOPPLER EFFECT
By physicist Johann Christian Doppler, Austrian
Let’s suppose this hypothetic situation
in which an aircraft is parked, and every time a device inside the plane
emits its 1000 Hz “ping” signal to a stationary satellite on Earth’s orbit, a
sound is simultaneously emitted at 1000 Hz too.
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Vamos supor esta situação hipotética em que uma
aeronave está estacionada, e cada vez que um dispositivo dentro do avião
emite o sinal de "ping" de 1000Hz para um satélite estacionário na
órbita da terra, um som simultaneamente é emitido a 1000 Hz também.
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If you are also parked on the same APRON
at the airport, you will hear that same frequency. However, if there is
relative motion between you and the plane, either toward or away from each
other, you will hear a different frequency.
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Se você também está estacionado no mesmo
estacionamento no aeroporto, você vai ouvir aquela mesma freqüência. No
entanto, se houver movimento relativo entre você e o avião, ou aproximando ou
afastando um do outro, você ouvirá uma freqüência diferente.
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For example,
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Por
exemplo,
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·
If
you are driving toward the plane at 120 km/h, you will hear a higher frequency
(1096 Hz, an increase of
96 Hz).
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·
Se você estiver dirigindo em direção ao avião, a 120
km/h, você ouvirá uma freqüência mais elevada (1096 Hz, um aumento de 96 Hz)
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·
If
you are driving away from the
plane at that same speed, you will hear a lower frequency (904 Hz, a decrease of 96 Hz).
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·
Se você estiver dirigindo para longe do avião com a
mesma velocidade, você ouvirá uma frequência menor (904 Hz, uma redução de 96
Hz).
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These motion-related frequency changes
are examples of the Doppler
Effect.
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Essas mudanças de
freqüência relacionadas ao movimento são exemplos do efeito Doppler.
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The Doppler
Effect holds not only for sound waves but also for electromagnetic waves,
including microwaves, radio waves, and visible light.
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O efeito Doppler mantém-se não só para as ondas
sonoras, mas também para ondas eletromagnéticas, incluindo microondas, ondas
de rádio e luz visível.
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Let’s we consider only sound waves, and
we take as a reference frame the body of air through which these waves
travel. This means that we shall measure the speeds of a source S of sound waves and a detector D
of
those waves relative to that body of air. (Unless otherwise
stated, the body of air is stationary relative to the ground, so the speeds
can also be measured relative to the ground.)
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Vamos considerar somente as ondas sonoras, e tomemos
como uma referência a estrutura do corpo de ar através do qual estas ondas
viajam. Isto significa que nós devemos medir as velocidades de uma fonte
S de ondas sonoras e de um detector
D dessas ondas em relação àquele corpo
de ar. (Salvo indicação em contrário, o corpo de ar é estacionário em relação
ao solo, então as velocidades também podem ser medidas em relação ao solo).
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We shall assume that S and D move either directly
toward or directly away from each other, at speeds less than the speed of
sound.
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Nós devemos assumir que a S e o D
movem-se, ou diretamente se aproximando ou diretamente se afastando um do outro,
em velocidade menor do que a velocidade do som.
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If either the detector or the source
is moving, or both are moving, the emitted frequency f and the detected
frequency f ‘ are related by
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Se ou o detector
ou a fonte estiver se movendo, ou
ambos estiverem se movendo, a frequência emitida f e a frequência detectada f
' estão relacionadas por
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where v is the speed of sound
through the air, vD is the detector’s
speed relative to the air, and vS is the source’s speed
relative to the air. The choice of plus or minus signs is set by this rule:
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Onde v é
a velocidade do som no ar, vD
é a velocidade do detector em relação ao ar e vS é a velocidade da fonte em relação ao ar. A escolha
de sinais mais ou menos é definida por esta regra:
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When the motion of detector or source is
toward the other, the sign on its speed must give an upward shift in
frequency. When the motion of detector or source is away from the other, the
sign on its speed must give a downward shift in frequency.
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Quando
o movimento do detector ou fonte é em direção um do outro,
o sinal na sua velocidade deve dar um deslocamento ascendente na freqüência.
Quando o movimento do detector ou fonte está se afastando um do outro,
o sinal na sua velocidade deve dar um deslocamento descendente na freqüência.
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Source Moving, Detector
Stationary
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Fonte em movimento, Detector
estacionário
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Let detector D (INMARSAT Satellite) is
stationary with respect to the body of air, and let source S (aircraft MH370) move toward D (at speed vS (Figure
above). The motion of S changes the wavelength of
the sound waves it emits and thus the frequency detected by D.
To see this change, let T (= 1/f) be the time between the emission of any pair of
successive wavefronts W1 and W2. During T,
wavefront W1 moves a
distance vT and the
source moves a distance vST. At the
end of T,
wavefront W2 is
emitted. In the direction in which S moves, the distance between W1 and W2, which is
the wavelength of the
waves moving in that direction, is. If D detects
those waves, it detects frequency f’’ given by
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Deixe detector
D (satélite INMARSAT) ficar estacionário com respeito ao corpo de ar, e
deixe a fonte S (aeronave MH370)
mover-se em direção a D (em
velocidade vS (figura
acima). O movimento de S altera o comprimento de onda de ondas sonoras
que ele emite e, portanto, a freqüência detectada por D. Para ver esta mudança, deixe T (= 1/f) ser o tempo entre a emissão de qualquer par de
sucessivas linhas frontais de onda W1
e W2. Durante T, a frente de onda W1
move-se uma distância vT e a fonte se move uma distância vST. No final de T, a frente de onda W2 é emitida. Na
direção em que se move S, a
distância entre W1 e W2, qual é o comprimento de onda λ' das ondas se movendo nessa direção, é vT-vST. Se D deteta essas ondas, ele detecta a
freqüência f ' dada por
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Note that f ‘ must be greater than f unless vS = 0. In the direction
opposite that taken by S,
the wavelength 𝜆’
of
the waves is again the distance between successive waves but now that
distance is vT - vST. If D detects those waves,
it detects frequency f‘ given by
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Observe que f ' deve ser maior que f a menos que vS = 0. Na direção oposta à tomada por S, o comprimento de onda 𝜆'
das ondas é novamente a distância entre as ondas sucessivas, mas agora essa
distância é vT - vST. Se D
detecta essas ondas, ela detecta a freqüência f ' dada por
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Now f ‘ must be less than f unless vS = 0.
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Agora f '
deve ser menor do que f a
manos que vS = 0.
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Summarizing source moving, detector stationary
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Sumarizando fonte se movendo, detector estacionário
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source moving, detector
stationary
Below is a good example for
an useful satellite plot for a tracking.
Below is a Doppler curve
produced from the GFO pass around 1600 GMT on 2000 December 8. This is an
early attempt at producing a curve - from before the days of plentiful
availability of the hardware and software that allowed frequency data to be
harvested and plotted directly. It was made by reading-off the frequency from
a radio receiver at intervals and then entering the results into a
spreadsheet in order to create the plot.
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Abaixo é uma curva
de Doppler produzida a partir da passagem do GFO por volta das 1600 GMT em 8
DEZ 2000. Esta é uma tentativa inicial em produzir uma curva - de antes dos
dias de abundante disponibilidade do hardware e software que permitiram que
os dados de freqüência fossem coletados e plotados diretamente. Foi feita
pela leitura-fora da frequência de um receptor de rádio em intervalos e
depois inserindo os resultados em uma planilha a fim de criar a ploragem.
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In the space of seven minutes
between 1558 and 1605, the received frequency dropped from 400.041 MHz to
400.024 MHz. The closest approach computes as 873 kilometres against an orbit
height of 790 kilometers, so the pass was nearly overhead. Analysis of a
prediction based on Mike McCants' element set produced 840 kilometres but
given that the margin of error in the Doppler calculation is 50 kilometres,
then they agree.
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No
espaço de sete minutos entre 1558 e 1605, a freqüência recebida caiu de
400,041 MHz a 400,024 MHz. A maior aproximação calcula como 873 quilômetros
contra uma altura de órbita de 790 quilômetros, assim para a passagem foi
quase acima da cabeça. Análise de uma previsão com base no conjunto de
elemento de Mike McCants produziu 840 km, mas dado que a margem de erro no
cálculo Doppler é de 50 km, depois eles concordam-se.
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The Inmarsat satellite system is an example of
using a geo orbit global system to provide global communication services to
earth users. It currently is the only provider of global, integrated,
personal communication services from geo orbit. Its complete earth coverage
(except for the poles) is achieved through four geo satellites.
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O sistema de satélites Inmarsat é um exemplo do uso de um sistema
global de órbita geoestacionária para fornecer serviços de comunicação global
para usuários da terra. É atualmente o único provedor de serviços de
comunicação pessoal, global e integrado de órbita geo. Sua cobertura completa
da Terra (exceto para os pólos) é conseguida através de quatro satélites geo.
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Although a disadvantage of a geostationary
satellite in a voice communication system is the roundtrip delay of
approximately 250 milliseconds from ground to satellite to ground; the
advantage is in management of the system as stationary satellites do not
require the passing of information from satellite to satellite as do LEO
systems.
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Apesar de uma desvantagem de um satélite geoestacionário em um sistema
de comunicação de voz ser o atraso de ida e volta de cerca de aproximadamente
250 milissegundos do solo ao satélite para a terra; a vantagem está no gerenciamento do sistema, visto que
satélites estacionários não exigem a passagem de informação de satélite para
satélite como fazem os dos sistemas LEO.
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The INMARSAT system is the first personal
communication system designed; its technology predated development of LEO
technology. It originally was authorized, in 1979, to provide maritime users
at sea with positioning traffic monitoring service; it now additionally
provides, depending on the type of terminal used, direct dial-up voice,
facsimile, duplex data transfer, telex, electronic mail, high quality audio,
compressed video and still video pictures, telephoto, slow-scan television,
videoconferencing and telemedicine to any global user including services to
aircraft (some of which are still in development) and
positioning/tracking/monitoring services to terrestrial mobile systems.
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O sistema INMARSAT é o primeiro sistema de comunicação pessoal
projetado; sua tecnologia antecedeu o desenvolvimento da tecnologia LEO. Ele
originalmente foi autorizado, em 1979, para fornecer a usuários marítimos no
mar posicionamento de tráfego, monitoramento de serviço; ele agora fornece adicionalmente,
dependendo do tipo de terminal usado, discagem direta de voz, transferência
de dados duplex, fac-símile, telex, correio eletrônico, audio em alta
qualidade, vídeo compactados e fotos congeladas de video , telefoto,
televisão de escaneamento lento, videoconferência e telemedicina para qualquer
usuário global, incluindo os serviços para aeronaves (alguns dos quais estão
ainda em desenvolvimento) e serviços de posicionamento e
rastreamento/monitoramento de sistemas móveis terrestres.
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Its system is accessible from an assortment of
devices including automatic receiving positioning mounted units for ships and
trucks, portable 'flyaway' satellite parabolic antenna units with briefcase
size terminals and the more recent digital laptop computer control units with
built in satellite antenna.
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Seu sistema é acessível a partir de uma variedade de dispositivos,
incluindo unidades montadas de posicionamento de recebimento automático para
navios e caminhões, unidades portáteis de antena parabólica de satélite '"flyaway"'
[esvoaçante] com terminais do tamanho de uma maleta de documentos e as
unidades de controle de computador portátil digital mais recentes com antena de
satélite embutida.
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Other similar geo systems for personal
communications are in the planning stages from would-be competitors to
Inmarsat; for example, Hughes is developing a broadband four geo satellite
system with emphasis on high speed, high volume data transfer capability for
personal and business applications - all plans for future systems include
capability for Internet access. The beauty of a personal communication
geostationary satellite system is that four satellites provide global
coverage; except, of course, for the poles.
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Outros sistemas geo similares para comunicações pessoais estão em estágios
de planejamento nos pretensos concorrentes da Inmarsat; por exemplo, Hughes
está desenvolvendo um sistema de satélite geo de banda larga 4 com ênfase em capacidade
de transferência de grande volume de dados em alta velocidade, para uso
pessoal e aplicações de negócios - todos os planos para sistemas futuros
incluem a capacidade para acesso à Internet. A beleza de um sistema de
satélite geoestacionário de comunicação pessoal é que quatro satélites
fornecem cobertura global; exceto, claro, para os pólos.
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Reference
Fundamentals
of Physics, Halliday-Resnick-Walker, 9th Ed., page 463
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