Perda de energia pelo efeito Doppler

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A energia da radiação eletromagnética está relacionada à frequência; quanto maior a frequência, maior o nível de energia. Se as ondas eletromagnéticas têm frequência mais baixa quando chegam à Terra do que as emitidas originalmente devido ao efeito Doppler, para onde, de acordo com a conservação de energia, vai o excesso de energia?

doppler-effect Dilettanter
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A resposta de Steve Linton não está correta, receio. A resposta de ACascarino está mais próxima da verdade. A resposta correta - que a conservação de energia não se aplica a um universo em expansão - é explicada muito bem neste artigo por Tamara Davis . Está atrás de um paywall, infelizmente, mas pode ser encontrado online se você pesquisar no Google.
Pela
@pela Você está dizendo que uma arma de radar Doppler policial depende da expansão do Universo para operar?
User71659 15/05
@ pela, então não consigo ler o artigo porque não tenho acesso, mas esse argumento de alguma forma faz mais sentido pelo meu outro comentário abaixo. Obrigado
Dilettanter
Se a energia é ou não conservada em um universo em expansão (ou em contração!) É um tanto irrelevante - como o artigo que você menciona cita ", [...] o desvio para o vermelho da galáxia pode ser interpretado como resultado de movimento relativo, e não do expansão do espaço. Portanto, nenhuma energia é perdida. " quando o movimento é visto em relação ao movimento da partícula no espaço-tempo; reduz-se novamente ao fato de que a conservação de energia não faz sentido se você começar a alternar entre os quadros de referência sem aplicar as transformações corretas.
ACascarino 15/05

Respostas:

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Está espalhado no tempo. Se uma fonte emitir uma coluna de energia de 1W com duração de 1 segundo e o receptor estiver recuando tão rápido que o Doppler mudará para uma frequência que significa que a energia é de apenas 0,5W, o pulso levará 2 segundos para chegar (desde o final dela) ainda tinha que viajar).

Steve Linton
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Acho que isso está errado. O que acontece se a fonte emitir um fóton (com uma determinada energia)? Se o receptor estiver recuando tão rápido que a energia do fóton é transferida para a metade em vermelho, o receptor ainda recebe apenas um fóton. Para onde foi o restante da energia?
Martin Bonner apoia Monica
Sim, isso não parece certo. Uma publicação anterior de @bilkokuya foi útil, mas dizer que "a conservação de energia não se aplica entre as mudanças dos quadros de referência" parece insatisfatória ao lidar com o caso de 1 fóton. Especialmente considerando se, digamos, toda a luz do universo experimentou essa perda de energia; como a energia geral do universo pode permanecer constante?
Dilettanter 14/05
Mesmo sem correções relativísticas, se uma metralhadora dispara algumas balas em um alvo em retirada, a taxa que as balas chegam é reduzida pelo movimento do alvo e a energia por bala é reduzida ainda mais. Um não é causado pelo outro, são dois efeitos separados do movimento. Da mesma forma, a mudança na intensidade de uma fonte de luz é separada da mudança na frequência, uma não explica a outra.
Ken G
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Sim, acho que você está bem. Meu erro.
Steve Linton
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Todos nós já fizemos isso provavelmente, até mesmo as pessoas que dão respostas podem aprender com este fórum!
Ken G
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Ignorando completamente os efeitos relativísticos, depende do quadro de referência que você está usando; a energia "ausente" é vista como energia cinética no átomo emissor ou receptor como recuo, dependendo de qual deles você vê em movimento. A energia não é conservada entre os quadros de referência.

Se estou viajando a uma velocidade distante de você e emito um fóton que observo ter uma frequência f , assumirei que o fóton tem uma energia E = hf, onde h é a constante de Planck. Nunca observarei uma energia diferente para esse fóton - no meu referencial, a energia é conservada. Você, no entanto, observará uma frequência diferente f e, portanto, uma energia diferente E. Essa energia permanece constante para você - a energia é conservada em seu quadro de referência - mas a energia que observo e a energia que você observa diferem - a energia não é conservada entre nossos quadros de referência; isto é, a energia é conservada, mas não invariável

Considere - eu dirijo você parado em um carro e jogo uma bola de tênis para você. Na minha perspectiva, a bola de tênis tem maior energia cinética (está se movendo na minha velocidade, mais a velocidade da bola) do que na sua perspectiva. A energia também não é invariável nesta circunstância!

ACascarino
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Uma demonstração mais simples de que a KE não é invariável é apenas olhar para você em seu carro e esquecer a bola de tênis por completo. No seu quadro, você é estacionário e possui zero KE; no meu quadro, você está passando zunindo e tendo um monte disso.
David Richerby
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A conservação de energia não se aplica a essa situação porque a energia que você mede quando está em repouso em relação à fonte e a energia que você mede quando se move em relação à fonte está em diferentes quadros de referência. A energia não é conservada entre diferentes referenciais; em outras palavras, se você usar a conservação de energia, precisará fazer todas as suas medições sem alterar a velocidade.

Para obter mais informações, consulte /physics/1368/is-kinetic-energy-a-relative-quantity-will-it-make-inconsistent-equations-when-a .

varbatim da resposta de David Z para uma pergunta sobre física SE

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