I. Effet Doppler dans le cas des ondes sonores Document 1. L`effet
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Tp physique effet doppler ts I. Effet Doppler dans le cas des ondes sonores Document 1. L’effet Doppler • animation : « Doppler.swf » Document 2 : Relations entre fréquences et vitesses fr=fe (1+v/c) fr -­‐ fréquence reçue par le récepteur [Hz] fe-­‐ fréquence émise par la source [Hz] c-­‐ célérité de l’onde [m.s-­‐1] v -­‐ vitesse de l’émetteur par rapport au récepteur [m.s-­‐1] c=340 m.s-­‐1 pour une onde sonore c = 3,00 x 108m.s-­‐1 électromagnétique pour une onde v>0 si l’émetteur s’approche v<0 si l’émetteur s’éloigne On note : fra -­‐ la fréquence reçue par le récepteur lorsque la voiture s’approche fre -­‐ la fréquence reçue par le récepteur lorsque la voiture s’éloigne On peut démontrer que la vitesse de la voiture peut s’exprimer par la relation : !=! !!" − !!" !!" + !!" Document 3 : Matériel disponible On a effectué l’enregistrement du son d’un klaxon d’une voiture à l’arrêt puis en mouvement (les fichiers « Doppler Arret_voiture.wav » et « Doppler Deplacement voiture.wav ») Le son émis par la voiture dans les deux situations peut être écouté à l’aide du logiciel Audacity . Dans les deux cas, le signal peut être décomposé en une somme de signaux sinusoïdaux grâce à l’analyse de Fourrier. On peut obtenir le spectre de ces signaux soit en utilisant Audacity, soit Atelier Scientifique. 1 Tp physique effet doppler ts II. Effet Doppler en astrophysique Document 1 : L’effet Doppler Fizeau A cause de l’effet Doppler, les longueurs d’onde des raies des spectres des étoiles ( ou galaxies) en mouvement par rapport à la Terre n’ont pas la même valeur que celles mesurées sur Terre pour les mêmes éléments chimiques. Cela permet d’évaluer la valeur de la vitesse de déplacement de l’étoile (galaxie) selon l’axe observateur – étoile. Cette vitesse est nommée « vitesse radiale ». Lorsqu’une étoile (ou une galaxie) s’éloigne de la Terre, on observe un décalage vers les grandes longueurs d’onde ( vers le rouge pour les raies du visible) ; ce décalage vers le rouge est appelé « redshift ». Inversement, lorsqu’une étoile (ou une galaxie) se rapproche de la Terre, on observe un décalage vers les petites longueurs d’onde ; ce décalage vers le bleu est appelé « blueshift ». (http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/cosmic_reference/redshift.html) • Dans Atelier Scientifique ouvrir le fichier « galaxie de l’amas A2390.lab ». Le graphique représente le spectre d’émission de la galaxie Abel 2390 (JF LeBorgne – Observatoire de Midi-­‐ Pyrénées) • En effectuant des zooms progressifs rechercher la longueur d’onde des raies !! et O III . La galaxie Abel étant en mouvement par rapport à la Terre, les valeurs lues dans le spectre sont différentes de celles de référence. Grâce à ce décalage on peut déterminer la vitesse radiale de la galaxie. Document 2 : Raies caractéristiques des spectres de galaxies 2 Tp physique effet doppler ts FICHE REPONSE NOMS, PRENOMS : I. Effet Doppler dans le cas des ondes sonores 1-­‐ Proposer un protocole pour déterminer si la fréquence perçue à l’approche du véhicule est-­‐elle plus aigüe ou plus grave que celle fe émise par le klaxon à l’arrêt. Même question pour la fréquence fr perçue lors de l’éloignement du véhicule. Donner les valeurs de ces fréquences. 2-­‐ Les sons perçus lors du passage de la voiture sont-­‐ils purs ou complexes ? Justifier. 3-­‐ Déterminer la vitesse de la voiture. (Bonus : démontrer la relation proposée pour la vitesse de la voiture en fonction des fréquences perçues.) II. Effet Doppler en astrophysique 1-­‐ Compléter le tableau suivant : Raies Hb O III Longueur Longueur d’onde de d’onde lue référence dans le spectre !! [Angström] ! [Angström] 2-­‐ La galaxie Abel s’approche ou s’éloigne de la Terre ? 3 Décalage spectral ( Redshift ) Z = ! /!! -­‐ 1 Vitesse radiale de la galaxie Vr = Z x c [km/s]
