LEFFET DOPPLER- FIZEAU Pr©sent© par V.Theillet et L.Panossian F©vrier 2005

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  • LEFFET DOPPLER- FIZEAU Prsent par V.Theillet et L.Panossian Fvrier 2005
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  • 1.PROBLEMATIQUE
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  • OBSERVATION Un phnomne anodin de la vie de tout les jours, nous a intrigu : lorsqu une ambulance sapproche de nous, le son du gyrophare nous parait plus aigu que lorsqu elle sloigne de nous. Or lorsquune ambulance est larrt et que son gyrophare est allum on observe aucune diffrence dans le timbre du son. Un phnomne anodin de la vie de tout les jours, nous a intrigu : lorsqu une ambulance sapproche de nous, le son du gyrophare nous parait plus aigu que lorsqu elle sloigne de nous. Or lorsquune ambulance est larrt et que son gyrophare est allum on observe aucune diffrence dans le timbre du son.
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  • Pourquoi le son du gyrophare dune ambulance nous parat-il plus aigu quand elle sapproche de nous que lorsqu elle sloigne de nous ? Pourquoi le son du gyrophare dune ambulance nous parat-il plus aigu quand elle sapproche de nous que lorsqu elle sloigne de nous ?
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  • HYPOTHESE: Cette diffrence de sonorit serait due la vitesse de lambulance qui influerait sur la propagation des ondes sonores. Cette diffrence de sonorit serait due la vitesse de lambulance qui influerait sur la propagation des ondes sonores.
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  • 2. LEFFET DOPPLER
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  • 2.1.HISTORIQUE Cet effet fut dcouvert par un physicien autrichien, Christian Doppler au sicle dernier. En 1842 il publia un article dcrivant ce phnomne et 3 ans plus tard une exprience confirma sa thorie: 15 trompettistes furent placs dans un train et les exprimentateurs se placrent au bord de la voie. Quand le train arriva, les trompettes retentirent et la hauteur des sons mis sembla diminu quand le train fut pass comme lavait prdit Doppler. Cet effet fut dcouvert par un physicien autrichien, Christian Doppler au sicle dernier. En 1842 il publia un article dcrivant ce phnomne et 3 ans plus tard une exprience confirma sa thorie: 15 trompettistes furent placs dans un train et les exprimentateurs se placrent au bord de la voie. Quand le train arriva, les trompettes retentirent et la hauteur des sons mis sembla diminu quand le train fut pass comme lavait prdit Doppler.
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  • 2.2.UN PHENOMENE DE LA VIE DE TOUS LES JOURS Cest un effet que lon rencontre tous les jours Cest un effet que lon rencontre tous les jours Par exemple, on pourra expliquer grce a cet effet pourquoi la sirne dune ambulance parait plus aigue lorsquelle sapproche dun observateur et plus grave si elle sloigne de lui. Par exemple, on pourra expliquer grce a cet effet pourquoi la sirne dune ambulance parait plus aigue lorsquelle sapproche dun observateur et plus grave si elle sloigne de lui. De la mme faon, on pourra expliquer pourquoi une voiture de formule 1 qui passe prs de nous a un son strident, et lorsquelle sloigne, la hauteur du son semble dcrotre De la mme faon, on pourra expliquer pourquoi une voiture de formule 1 qui passe prs de nous a un son strident, et lorsquelle sloigne, la hauteur du son semble dcrotre
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  • 3.Modlisation de leffet Doppler
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  • On remarque que la longueur donde droite du mobile est plus petite que la longueur donde gauche du mobile. Or le mobile se dplace vers la droite, donc on peut penser que la vitesse influe sur la longueur des ondes sonores. On remarque que la longueur donde droite du mobile est plus petite que la longueur donde gauche du mobile. Or le mobile se dplace vers la droite, donc on peut penser que la vitesse influe sur la longueur des ondes sonores.
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  • 4.Interpretation de la modlisation Rponse la problmatique
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  • Calculs expliquant la variation de frquence Soient v la vitesse de la source d'ondes, c la vitesse de propagation, T la priode des ondes, leur longueur d'onde et f leur frquence. ' et f ' sont la longueur d'onde et la frquence reues par l'observateur. La variation de la longueur d'onde est gale la distance parcourue par la source pendant une priode, c'est--dire : ' = vT En utilisant les formules de la longeur d'onde ( = cT et = c / f ), on obtient finalement cette formule : f ' = f / ( 1 v / c )
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  • Calculs dtaills ' = vT ' = vT ' = cT vT car = cT ' = cT vT car = cT c / f ' = cT vT car = c / f c / f ' = cT vT car = c / f c / f ' = T ( c v ) c / f ' = T ( c v ) c / f ' = ( c v ) / f car T = 1 / f c / f ' = ( c v ) / f car T = 1 / f f ' ( c v ) = f c f ' ( c v ) = f c f ' = f c / ( c v ) f ' = f c / ( c v ) f ' = f / ( 1 v / c ) f ' = f / ( 1 v / c )
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  • Explication de la variation du son pour lobservateur entendant lambulance On considre un observateur immobile sur le bord d'une route qui coute l'avertisseur sonore d'un vhicule qui s'approche puis s'loigne de lui avec une vitesse v : Initialement, il peroit un son de frquence f '=f/(1-v/c) donc plus aigu que f. Quand le vhicule est son niveau, il entend un son de frquence f (pas d'effet transversal) Quand la source sloigne, la frquence tend vers f '= f/(1+v/c) (plus grave). On considre un observateur immobile sur le bord d'une route qui coute l'avertisseur sonore d'un vhicule qui s'approche puis s'loigne de lui avec une vitesse v : Initialement, il peroit un son de frquence f '=f/(1-v/c) donc plus aigu que f. Quand le vhicule est son niveau, il entend un son de frquence f (pas d'effet transversal) Quand la source sloigne, la frquence tend vers f '= f/(1+v/c) (plus grave).
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  • 5.Utilisation de leffet Doppler Dans la vie courante
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  • Le Radar des policiers Le radar Doppler est bas. sur la rflexion des ondes, ultrasonores par exemple. Lorsque des fronts d'ondes percutent un obstacle, elles sont instantanment rflchies la frquence laquelle l'obstacle les reoit. Si cet obstacle est en mouvement, la frquence est modifie selon les formules de l'effet Doppler. En envoyant des ondes sur un obstacle dont on tudie le mouvement et en analysant les ondes rflchies, on peut donc calculer la vitesse de l'obstacle. Le radar Doppler est bas. sur la rflexion des ondes, ultrasonores par exemple. Lorsque des fronts d'ondes percutent un obstacle, elles sont instantanment rflchies la frquence laquelle l'obstacle les reoit. Si cet obstacle est en mouvement, la frquence est modifie selon les formules de l'effet Doppler. En envoyant des ondes sur un obstacle dont on tudie le mouvement et en analysant les ondes rflchies, on peut donc calculer la vitesse de l'obstacle.
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  • La Mdecine En imagerie mdicale, le radar Doppler permet d'tudier le mouvement des fluides biologiques. Une sonde met des ondes ultrasonores, et les globules rouges les rflchissent, faisant office d'obstacles. L'analyse de la variation de frquence des ondes rflchies, reues par cette mme sonde, permet de dterminer la vitesse du sang dans les vaisseaux : ce procd s'appelle vlocimtrie Doppler. En imagerie mdicale, le radar Doppler permet d'tudier le mouvement des fluides biologiques. Une sonde met des ondes ultrasonores, et les globules rouges les rflchissent, faisant office d'obstacles. L'analyse de la variation de frquence des ondes rflchies, reues par cette mme sonde, permet de dterminer la vitesse du sang dans les vaisseaux : ce procd s'appelle vlocimtrie Doppler.
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  • dispositif
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  • La Mto Le radar mtorologique. Pour cela, il met dans l'atmosphre des pulsations d'ondes radiophoniques. Lorsqu'elles rencontrent une perturbation, elles sont rflchies puis sont alors rceptionnes par le radar. Ainsi, si la longueur d'onde se rduit, on en dduit selon les principes de l'effet Doppler que la perturbation s'approche du radar, et l'inverse, si elle augmente, que la perturbation s'en loigne. Le radar mtorologique. Pour cela, il met dans l'atmosphre des pulsations d'ondes radiophoniques. Lorsqu'elles rencontrent une perturbation, elles sont rflchies puis sont alors rceptionnes par le radar. Ainsi, si la longueur d'onde se rduit, on en dduit selon les principes de l'effet Doppler que la perturbation s'approche du radar, et l'inverse, si elle augmente, que la perturbation s'en loigne.
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  • Expansion de lunivers
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  • Comme le montre le document prcdent L'effet Doppler s'applique galement au spectre lumineux, le lumire tant une onde, le dplacement d'une source de lumire modifie sont spectre de lumire. Cette technique a permis aux astronomes de dire que l'univers tait en expansion, les autres toiles ayant un spectre lumineux lgrement dcal vers le rouge. L'effet Doppler s'applique galement au spectre lumineux, le lumire tant une onde, le dplacement d'une source de lumire modifie sont spectre de lumire. Cette technique a permis aux astronomes de dire que l'univers tait en expansion, les autres toiles ayant un spectre lumineux lgrement dcal vers le rouge. FIN FIN