Pérdida de energía por efecto Doppler

La energía de la radiación electromagnética está relacionada con la frecuencia; cuanto mayor es la frecuencia, mayor es el nivel de energía. Si las ondas electromagnéticas tienen una frecuencia más baja cuando llegan a la Tierra que las emitidas originalmente debido al efecto Doppler, ¿a dónde, según la conservación de la energía, va el exceso de energía?

Se extendió a tiempo. Si una fuente emite un pule de energía de 1 W que dura 1 segundo y el receptor retrocede tan rápido que se desplaza Doppler a una frecuencia que significa que la potencia es de solo 0.5 W, entonces el pulso tardará 2 segundos en llegar (desde el final) tenía más que viajar).

Ignorando completamente los efectos relativistas, depende del marco de referencia que esté utilizando; la energía "faltante" se ve como energía cinética en el átomo emisor o receptor como retroceso, dependiendo de cuál se vea como en movimiento. La energía no se conserva entre los marcos de referencia.

Si viajo a una velocidad lejos de ti y te emito un fotón que observo que tiene una frecuencia f , entonces asumiré que el fotón tiene una energía E = hf, donde h es la constante de Planck. Nunca observaré una energía diferente para ese fotón: en mi marco de referencia, la energía se conserva. Sin embargo, usted observará una frecuencia diferente f y, por lo tanto, una energía diferente E. Esta energía permanece constante para usted: la energía se conserva en su marco de referencia, pero la energía que observo y la energía que usted observa difieren: la energía no se conserva entre nuestros marcos de referencia; es decir, la energía se conserva pero no es invariante.

Considere: paso por delante de usted en un automóvil y le tiro una pelota de tenis. En mi perspectiva, la pelota de tenis tiene mayor energía cinética (se mueve a mi velocidad, más la velocidad de la pelota) que en tu perspectiva. ¡La energía tampoco es invariable en esta circunstancia!

La conservación de la energía no se aplica a esta situación porque la energía que mide cuando está en reposo con respecto a la fuente y la energía que mide cuando se mueve con respecto a la fuente se encuentran en diferentes marcos de referencia. La energía no se conserva entre diferentes marcos de referencia; en otras palabras, si vas a utilizar la conservación de la energía, debes hacer todas tus mediciones sin cambiar la velocidad.

Para obtener más información, consulte /physics/1368/is-kinetic-energy-a-relative-quantity-will-it-make-inconsistent-equations-when-a .

varbatim de la respuesta de David Z para una pregunta sobre física SE