I. Effet Doppler dans le cas des ondes sonores Document 1. L`effet

Tp physique effet doppler ts
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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! pour! une! onde!
électromagnétique!
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.!

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II. Effet Doppler en astrophysique
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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)
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FICHE&REPONSE&
NOMS,&PRENOMS&:&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
I. Effet Doppler dans le cas des ondes sonores
10'Proposer'un'protocole'pour'déterminer'si'la'fréquence'perçue!à"l’approche"du"véhicule'est8elle'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.'
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20'Les'sons'perçus'lors'du'passage'de'la'voiture'sont8ils'purs'ou'complexes'?'Justifier.'
30'Déterminer'la'vitesse'de'la'voiture.'(Bonus&:'démontrer'la'relation'proposée'pour'la'vitesse'de'la'
voiture'en'fonction'des'fréquences'perçues.)'
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II. Effet Doppler en astrophysique
10'Compléter'le'tableau'suivant':'
Raies'
Longueur'
d’onde'de'
référence'
!!'[Angström]'
Longueur'
d’onde'lue'
dans'le'spectre'
!'[Angström]'
Décalage'
spectral'
('Redshift')'
Z'=!!'/!!'8'1''
Vitesse'radiale'de'la'
galaxie'
Vr'='Z'x'c''
[km/s]'
Hb'
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O'III'
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20'La'galaxie'Abel's’approche'ou's’éloigne'de'la'Terre'?'
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