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NTEXTE D ffet Doppler s tard, cet e nsport (rada st par ce ph bulance dev à la vitesse pproche ici e met l’analog RTIE 1 : ME cument 1 : ffet Doppler ctromagnéti metteur et le sique sous ctromagnéti cument 2 : s d'un véhic t la fréquen dans l émi reçue f f cument 3 : vitesse de p ocument 4 imenter le b rancher le ba rancher l’ém spectant la s les do sur les rouge es deux dou ccorder ultéAE0
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08 : Déterm
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ysicien autr e nombreux hift) etc.... riation de fr le décalag igne uniform min) écalage de ission et la temps. Si réserve le ence dans ignal sonore v la vitesse nce, alors dans l’air ression atm 0 20 7 343 vant. ur la face su a gauche. ur d’ultrason trasons. er sont les desse par ef
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Grâce à une courroie reliée à deux poulies et entraînée par un moteur, le chariot est mis en mouvement. Ce déplacement est (en dehors de la phase initiale de mise en mouvement), rectiligne et uniforme entre les deux poulies. La vitesse ainsi que le sens de rotation du moteur sont contrôlés par le boîtier Initio®.
Document 6 : Le montage « multiplieur »
Le boîtier est équipé d’un montage « multiplieur » électronique soit :
2 cos 2
f1t
cos 2
f2t
cos 2
( f1 f2)t
cos 2
( f1 f2)t
On retrouve ainsi, en sortie, après filtrage, un signal sinusoïdal de fréquence f f1 f2.
On a donc directement, en sortie du boitier, le décalage en fréquence entre la fréquence émise par l'émetteur et la fréquence reçue par le récepteur.
TRAVAIL À EFFECTUER
I- Détermination du décalage Doppler
A- méthode indirecte : à partir de vchrono et fémise.
1. Écrire un protocole permettant de mesurer la vitesse de déplacement du chariot, supposée constante, en utilisant le chronomètre à votre disposition.
2. Écrire un protocole permettant de visualiser et de mesurer la fréquence de l’onde ultrasonore émise par l'Emetteur.
aides :
le signal émis par l'émetteur est visible grâce au récepteur !
l'interface d'acquisition permet de visualiser une tension électrique variable dans le temps.
paramétrage minimum imposé par l'interface : calibre 0,25V ; durée 1ms (permet de visualiser 40 périodes) faire un zoom pour mesurer 10T et déduire f.
Appeler le professeur pour lui présenter ces protocoles.
3. A partir de la mesure de vchrono et de fémise, calculer avec formule donnée, la valeur du décalage en
fréquence f .
B-méthode directe : mesure directe de f avec le boitier Initio.
Écrire un protocole permettant de déterminer la valeur du décalage Doppler en utilisant le boitier Initio. Appeler le professeur pour lui présenter ce protocole.
paramétrages : calibre de l'entrée +-5V, affichage/liaison entre les points ; temps d'acquisition 1s, 500 points
Mettre le chariot en mouvement et effectuer une acquisition. Déterminer le décalage en fréquence f .
II- Mesure de la vitesse du chariot par effet Doppler
A l'aide des mesures précédentes issues de la méthode directe (IB), déterminer la vitesse du chariot. Répéter l’opération pour une autre vitesse du chariot comprise entre 4 (curseur en buté à gauche) et 15 cm.s-1 (curseur en buté à droite).
III- Incertitudes sur les mesures des vitesses du chariot a- vitesse du chariot avec le chronomètre (facultatif)
Evaluer l'incertitude type sur la mesure de la durée de parcours du chariot avec le chronomètre.
On donne : u(t) = 0,5 s en tenant compte de la précision du chronomètre (au 100ème de seconde) et le temps moyen de réponse du cerveau pour déclencher la mesure.
3 et u(d)= 0,4mm en considérant une double mesure avec une règle graduée au mm.
Utiliser le logiciel Gum, onglet "determination indirecte..." et saisir la formule donnant v = d/t et les incertitudes associées.
Ecrire le résultat de la mesure vChrono = (………..………… ± ……….) m.s–1.
b- vitesse du chariot par effet Doppler
Rappeler la valeur de la fréquence de l’onde ultrasonore émise déterminée au I :
fem = ……….
L’incertitude type sur f correspond à 1 % de la valeur de f.
Calculer l’incertitude type sur f : u(f) = ……….
Rappeler la valeur du décalage Doppler mesuré : ∆f = ………. L’incertitude type sur ∆f correspond à 1 % de la valeur de ∆f.
Calculer l’incertitude type u(∆f) sur la mesure du décalage en fréquence u(∆f) = ……….
Utiliser le logiciel Gum, onglet "détermination indirecte..." et saisir la formule donnant
son émise v f f v et les incertitudes associées, on prendra vson = 345 m.s-1.
Ecrire le résultat de la mesure vDoppler = (………..………… ± ……….) m.s–1.
Les deux méthodes donnent-elles des résultats concordants ? Justifier. Quelle est la méthode la plus précise ?
4 PARTIE 2 : MESURE A PARTIR D'UNE BANDE SON (45 min)
Votre mission :
Vous disposez d'une bande son obtenue en enregistrant le passage d'un véhicule circulant à vitesse constante sur une départementale et en ligne droite.
Ce véhicule émet un son de fréquence constante au cours de son déplacement.
Déterminer si le véhicule impliqué dans la bande-son doit être verbalisé pour excès de vitesse. -
Document 1 : Liste du matériel
la bande son : fichier dans l'ENT ou dans l'atelier
un ordinateur possédant les logiciels Audacity (traitement d’un signal sonore, analyse spectrale…)
Document 3 : Tolérance des radars fixes et embarqués
Pour tous les modèles de radars utilisés en poste fixe, la tolérance est identique que le radar soit automatique, fixe ou embarqué, laser ou Doppler.
Pour une vitesse limite en dessous de 100 km/h, c’est un dépassement de 5km/h qui est admis. Au-dessus, c’est 5% de la vitesse limite.
Document 2 : Formules de l’effet Doppler
Pour une source sonore (fréquence émise : fémise) en mouvement dans le référentiel terrestre, la fréquence
perçue par le récepteur, immobile dans ce même référentiel, est :
v
c
c
f
f
reçue émise si la source s’approche ;
v
c
c
f
f
reçue émise si la source s’éloigne.où : c représente la célérité du son dans le milieu considéré (c = 340 m.s-1dans l’air) ; v représente la vitesse radiale de la source
dans le référentiel terrestre, c’est-à-dire sa vitesse mesurée dans la direction de visée du point d’observation.
On fera l'approximation que la vitesse radiale correspond à la vitesse du véhicule sur la route en ligne droite si le véhicule est assez loin de l'observateur.
La vitesse du véhicule peut-être obtenue grâce
à l'expression suivante : après avant après avant fr fr fr fr c. v
Document 4 : Signal complexe et analyse spectrale et embarqués
Bien que la fréquence du signal sonore évolue au cours du temps, sur une faible durée, on pourra considérer que le signal est périodique, on pourra réaliser ainsi une analyse spectrale en fréquence pour en déterminer la fréquence : Dans Audacity, menu Analyse/tracer le spectre.
Un signal périodique complexe est équivalent à la somme de signaux purs sinusoïdaux de fréquences fn
multiples du fondamental f0 tel que fn = n x f0
La fréquence du spectre correspondant au fondamental du son du klaxon n'est pas facilement repérable car la bande sonore contient aussi la fréquence du son produit par le moteur.
Il faut donc choisir le pic correspondant à l'harmonique le plus intense du spectre et non le premier pic . Ce pic peut-être utilisé car nous réalisons une comparaison sur le même son en approche et en éloignement par rapport au récepteur.
