Éléments de correction du TP18.

Éléments de réponses pour l’activité sur l’effet Doppler.
I.
Présentation de l’effet Doppler.
Correction faite en classe mais on peut dire que :
L’effet Doppler est un effet que l’on observe pour des ondes mécaniques mais aussi électromagnétiques (effet
Doppler-Fizeau). Cet effet consiste en une modification de la perception de la fréquence d’une onde lorsqu’il y a un
mouvement relatif entre un émetteur et un récepteur. La fréquence perçue augmente lorsqu’il y a rapprochement
et elle diminue lorsqu’il y a éloignement.
II.

Mesure d’une vitesse par effet Doppler.
L’émetteur se rapproche du récepteur.
L’émetteur immobile émet avec une fréquence de 40008Hz, il se rapproche de l’émetteur à une vitesse v. La
fréquence perçue par le récepteur est 40260Hz donc la vitesse de déplacement de l’émetteur est 2,1m/s.
La tige de diamètre 6mm a mis 2,62ms à franchir l’optocoupleur donc sa vitesse instantanée est 2,3m/s.
L’écart relatif des mesures est (2,3-2,1)/2,3*100=8,7%.

L’émetteur s’éloigne du récepteur.
L’émetteur immobile émet avec une fréquence de 40006Hz, il s’éloigne de l’émetteur à une vitesse v. La fréquence
perçue par le récepteur est 39810Hz donc la vitesse de déplacement de l’émetteur est 1,7m/s.
La tige de diamètre 6mm a mis 3,3ms à franchir l’optocoupleur donc sa vitesse instantanée est 1,8m/s.
L’écart relatif des mesures est (1,8-1,7)/1,8*100=5,6%.

Un écran se rapproche d’un récepteur à côté d’un émetteur (radar de gendarme).
L’émetteur émet à 40005Hz, le récepteur reçoit une onde de fréquence 40356Hz. La vitesse de l’écran mobile est
donc 1,5m/s.
La tige de diamètre 6mm a mis 3,8ms à franchir l’optocoupleur donc sa vitesse instantanée est 1,6m/s.
L’écart relatif des mesures est (1,6-1,5)/1,6*100=6,3%.
III.
Détermination de la vitesse d’une voiture grâce au son émis par son klaxon.
On sélectionne une partie du signal électrique représentant le son émis par le klaxon avant que le véhicule émetteur
ne passe devant l’observateur et on détermine sa fréquence grâce à une TFR, on obtient 610Hz.
On sélectionne une partie du signal électrique représentant le son émis par le klaxon après que le véhicule émetteur
est passé devant l’observateur et on détermine sa fréquence grâce à une TFR, on obtient 546Hz.
La vitesse du véhicule est v=340x(610-546)/(610+546)=19m/s. L’analyse de la vidéo conduit à v=20m/s. L’écart relatif
entre les deux mesures est donc 5%.
IV.
Application de l’effet Doppler en astrophysique.
La longueur d’onde pour H dans me spectre de la galaxie étudiée est =669,9nm.
On peut alors en déduire z=(669,9-656,3)/656,3=0,0207. Cette valeur est assez différente de celle obtenue par les
astronomes amateurs. La vitesse d’éloignement de la galaxie est donc v=c.z=3,0x108x0,0207=6,21x106m/s
On sait que v=H0D donc D=v/H0=80,6 Mpc soit environ 263 millions d’années lumière (environ 2,5x1024km).