Terminale S Thème Ondes et signaux Chap.17 Programme 2020
TP N°17-2 : Effet Doppler
Contexte : C’est en 1842 que l’autrichien Christian Doppler (1803-1853) publia un article décrivant l’évolution de la fréquence d’une onde émise par une source en mouvement par rapport à un observateur. Les applications sont multiples dans des domaines aussi différents que la médecine, l’astrophysique, les radars, les sonars, etc.
1. Mise en évidence de l’effet Doppler : Sirène de pompiers
• Visualiser et écouter la vidéo «sirène_pompiers(effet doppler)» présente sur le bureau dans le dossier
«TS/Doppler». Source : http://www.youtube.com/watch?v=imoxDcn2Sgo&feature=player_detailpage 1.1. Compréhension ( C : S’approprier)
a) Expliquer en 6-7 lignes environs, l’objet de la vidéo ( vous utiliserez les mots :émetteur sonore, récepteur sonore, mouvement ,fixe, son grave, son aigu).
b) En quoi le phénomène mis en évidence est-il surprenant ?
c) Rappeler le domaine des fréquences audibles ? Reliez le type d’un son (grave, aïgu )avec une fréquence ( haute, basse).
e) Concluez la vidéo en abordant la notion de fréquences.
2. Mise en évidence de l’effet Doppler : Ondes à la surface de l’eau
• Visualiser la vidéo «vidéo cuve onde (déplacement)» présente dans le fichier «TS/Doppler».
2.1. Compréhension ( C. : S’approprier ) :
a) Que peut-on dire de la longueur d’onde lorsque la source est en mouvement par rapport à la longueur d’onde lorsque la source est immobile ? Préciser ce qu’il se passe en avant de la source en mouvement et en arrière de la source en mouvement.
b) Sachant que la vitesse de propagation des ondes de surface est pour l’essentiel indépendante de la longueur d’onde dans le cadre de cette expérience, que peut-on en déduire sur la fréquence des ondes perçues par un récepteur placé en arrière de la source en mouvement ? Et pour un récepteur en avant de la source en mouvement ?
c) Le cas «en avant de la source en déplacement» correspond-il à la source se rapprochant ou s’éloignant de l’observateur ?
2.2. Conclusion ( C. : Réaliser)
• Visualiser l’extrait de l’épisode «doppler effect big-bang theory», présent dans le dossier «TS/Doppler» de la série Big Bang Theory et noter la définition de l’effet Doppler donnée par Sheldon Cooper.
Données : * Le phénomène de décalage des fréquences qui apparait lorsque l’émetteur et le récepteur se déplace l’un par rapport à l’autre est appelé effet Doppler.
* Dans le cas où la vitesse relative du récepteur v par rapport à l’émetteur est faible devant la célérité c des ondes, la fréquence perçue sera donnée par les relations :
c v freçue fémise
−
= 1
si la source et l’émetteur se rapprochent.
c v freçue fémise
+
= 1
si la source et l’émetteur s’éloignent.
Complétez le texte suivant :
Quand un émetteur et un récepteur se rapprochent l’un de l’autre, alors la fréquence de l’onde perçue par le récepteur sera plus……….. que la fréquence émise par l’émetteur et quand l’émetteur et le
récepteur s’éloignent l’un de l’autre, alors la fréquence perçue par le récepteur sera plus ……….
que la fréquence émise.
3. Mesure d’une vitesse par effet Doppler( C . : Réaliser)
Contexte : Matthieu et Sophie, basés au bord de la route, ont enregistré l’émission sonore du klaxon d’une voiture qui roule à vitesse constante en ville (fichier « Son_Klaxon_Mouvement » dans le dossier « TS/Doppler »). Ils ont
également enregistré le son du klaxon lorsque la voiture est immobile (fichier « Son_Klaxon_Arret » dans le dossier
« TS/Doppler »).
L’étude de l’effet Doppler permet de déterminer les relations suivantes :
Terminale S Thème Ondes et signaux Chap.17 Programme 2020
) (
) .(
éloign approch
éloign approch
son source
f f
f V f
V +
= − et
source reçue source
son source
f f V f
V ( )
. −
= avec les fréquences freçue, féloign ou fapproch
correspondant à la fondamentale ou bien aux harmoniques.
Situation : En étudiant les sons à l’aide des logiciels Audacity et Acquisonic (voir mode d’emploi) et une des relations précédentes, déterminer si le conducteur peut être sanctionné pour excès de vitesse.
• Le logiciel Audacity pourrait suffire mais l’utilisation d’Acquisonic permet d’obtenir des résultats bien plus précis.
• La fréquence du son émis par le klaxon est environ de 500 Hz (valeur trop imprécise pour l’utiliser sans vérification).D’autres sons peuvent figurer sur le spectre (moteur , rue, etc)
• On considérera que la vitesse du son est Vson = 341 m.s-1.
• Vous pouvez éventuellement utiliser le tableau ci-dessous.
Harmonique n° fapproch (Hz) féloign (Hz) v (m.s-1) v (km.h-1)
Vous rédigerez une synthèse argumentée expliquant si le conducteur sera sanctionné ou non .
