l`effet doppler-fizeau

L'EFFET DOPPLER-FIZEAU
►TP
SAP
REA
1
2
ANA VAL
4
COM FPI
2
1. Observation qualitative de l'effet Doppler
➢ Objectifs :
● Effectuer des analyses qualitatives à partir d'un dispositif expérimental (ANA)
Concevez un montage mettant en évidence :
[1] les variations de fréquence de réception prévues par l'effet Doppler
[2] l'influence de la vitesse de l'émetteur sur celle perçue par le récepteur
On fera des études qualitatives, aucun calcul n'est à effectuer, il s'agit juste de se
rendre compte des phénomènes.
Présentez vos résultats de manière claire et structurée et détaillez le protocole qui
vous permet d'aboutir à des résultats satisfaisants.
Quelques outils à votre disposition
- La fonction FREQUENCE du logiciel Latis-Pro permet de déterminer directement la
fréquence d'un signal périodique lors d'une acquisition en passant par la feuille de
calcul. Le résultat peut être affiché directement dans un afficheur numérique.
- Les réglages de Latis-Pro pour effectuer une acquisition à partir d'émetteurs à
ultrasons :
Entrées
Acquisition
Mode permanent
points
total
EA0, EA1
temporelle
NON
10000
100 ms
Déclenchement
aucun
2. Étude quantitative de l'effet Doppler
➢ Objectifs :
● Déterminer d'une vitesse à l'aide de l'effet Doppler (ANA)
● Savoir effectuer des opérations mathématiques (REA)
On met à votre disposition, l'enregistrement du son du klaxon d'un véhicule depuis
un point fixe situé sur le bord de la route (fichier auto.wav). L'objectif est de
déterminer la vitesse du véhicule.
A l'aide de l'enregistrement mis à votre disposition sur le disque profélèves répondez
aux questions suivantes :
[3] Déterminez la fréquence f1 du son du klaxon lorsque le véhicule se rapproche de
l'observateur.
[4] Déterminez la fréquence f2 du son lorsque le véhicule s'éloigne de l'observateur.
On donne les relations mathématiques suivantes :
1
1
f 2= f E ×
f 1= f E ×
v
v
(1 + )
(1− )
c
c
v : la vitesse du véhicule
c : la célérité du son dans l'air.
[5] Montrez que la vitesse v du véhicule peut se mettre sous la forme :
f −f 2
v=c×( 1
)
f 1+ f 2
Il est pourtant possible de les repérer et de déterminer leur période de révolution
autour de leur étoile à l'aide de la méthode de la vitesse radiale qui utilise l'effet
Doppler.
L'exoplanète et l'étoile
autour de laquelle elle
tourne, forment un système
v⃗
possédant un centre de
gravité G autour duquel
tourne
l'ensemble
du
G
G
système (à la fois la planète
v⃗
invisible et l'étoile qui elle
est visible). Si ce centre
n'est pas le centre de
Vitesse radiale positive :
Vitesse radiale négative :
l'étoile, cela signifie qu'il
l'étoile s'éloigne de nous
l'étoile s'approche de nous
existe une exoplanète qui
contribue à donner à l'étoile un mouvement vu depuis la Terre. La vitesse radiale est
la composante de la vitesse de l'étoile située sur l'axe d'observation (axe vertical sur
la figure ci-dessus).
Lorsque l'exoplanète effectue un tour entier autour de l'étoile, l'étoile passe
successivement par une phase où elle s'éloigne de nous et par une phase où elle
s'approche de nous selon une courbe sinusoïdale.
En utilisant vos connaissances
vR
sur l'effet Fizeau, répondez aux
vR>0
questions suivantes :
L'étoile s'éloigne
[8] Comment varie la couleur de
la lumière de l'étoile lorsque
cette étoile se rapproche de
nous ? lorsqu'elle s'éloigne de
nous ?
t
[9] Expliquez
qualitativement
comment il est possible de savoir
qu'une étoile est entourée d'une
ou de plusieurs exoplanètes.
vR<0
[10] Comment
est-il
alors
L'étoile se rapproche
possible de mesurer la période
de révolution de l'exoplanète ?
R
R
PÉRIODE DE RÉVOLUTION DE LA PLANÈTE
Le document spectre.odg mis à votre disposition présente le spectre de l'étoile
HD75767 de la constellation du Cancer située à 75 a.l de la Terre et entourée d'une
exoplanète massive qui provoque des déplacements réguliers et amples de l'étoile
par rapport à la Terre.
avec :
[6] Déterminez enfin la valeur de la vitesse v du véhicule.
[7] Le véhicule se déplace en agglomération. Est-il en excès de vitesse ?
- Utilisation du réticule pour mesurer avec précision
les longueurs d'onde des raies du sodium Les spectres présentés ont été obtenus par le spectromètre CORALIE installé sur le
3. Effet Fizeau : détermination de la période de révolution d'une télescope EULER placé sur les hauts plateaux du Chili. Ces spectres, enregistrés à un
jour d'écart les uns des autres, présentent notamment la double raie d'absorption du
exoplanète
sodium.
➢ Objectifs :
● Savoir extraire des informations de documents (SAP)
● Savoir utiliser une feuille de calcul et un logiciel de pointage (REA)
[11] Exploitez les spectres à l'aide du logiciel LibreOffice en utilisant le réticule
préconfiguré, dans le but de déterminer la longueur d'onde d'absorption de chaque
raie du sodium. Remplissez la feuille de calcul résultats.ods avec les valeurs obtenues.
[12] Entrez les formules nécessaires pour compléter les colonnes de la partie "Calculs
VITESSE RADIALE D'UNE EXOPLANÈTE
à effectuer". La vitesse radiale est alors automatiquement calculée et sa courbe
d'évolution au cours du temps s'affiche alors automatiquement dans le diagramme.
Les exoplanètes sont des planètes ne faisant pas partie de notre système solaire. Le [13] Utilisez les barres de modélisation afin de déterminer la période de l'exoplanète.
millier d'exoplanètes découvert à ce jour orbitent autour d'étoiles situées entre 15 et [14] Parmi les spectres présentés sur le document spectre.org lesquels témoignent
300 a.l de notre système solaire. Un tel éloignement nous empêche de les observer d'un effet de redshift ? de blueshift ? Justifiez.
directement avec un télescope, leur luminosité étant infime.
LYCÉE FREPPEL - PHYSIQUE-CHIMIE // ENSEIGNEMENT SPÉCIFIQUE