L’EFFET DOPPLER-FIZEAU

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LEFFET DOPPLER-FIZEAU

• Présenté par V.Theillet et L.Panossian Février
  2005

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1.PROBLEMATIQUE
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OBSERVATION

• Un phénomène anodin de la vie de tout les jours,
  nous a intrigué lorsqu une ambulance
  sapproche de nous, le son du gyrophare nous
  parait plus aigu que lorsqu elle séloigne de
  nous. Or lorsquune ambulance est à larrêt et
  que son gyrophare est allumé on observe aucune
  différence dans le timbre du son.

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• Pourquoi le son du gyrophare dune ambulance nous
  paraît-il plus aigu quand elle sapproche de nous
  que lorsqu elle séloigne de nous ?

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HYPOTHESE

• Cette différence de sonorité serait due à la
  vitesse de lambulance qui influerait sur la
  propagation des ondes sonores.

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2. LEFFET DOPPLER
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2.1.HISTORIQUE

• Cet effet fut découvert par un physicien
  autrichien, Christian Doppler au siècle dernier.
  En 1842 il publia un article décrivant ce
  phénomène et 3 ans plus tard une expérience
  confirma sa théorie 15 trompettistes furent
  placés dans un train et les expérimentateurs se
  placèrent au bord de la voie. Quand le train
  arriva, les trompettes retentirent et la hauteur
  des sons émis sembla diminué quand le train fut
  passé comme lavait prédit Doppler.

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2.2.UN PHENOMENE DE LA VIE DE TOUS LES JOURS

• Cest un effet que lon rencontre tous les jours
• Par exemple, on pourra expliquer grâce a cet
  effet pourquoi la sirène dune ambulance parait
  plus aigue lorsquelle sapproche dun
  observateur et plus grave si elle séloigne de
  lui.
• De la même façon, on pourra expliquer pourquoi
  une voiture de formule 1 qui passe près de nous a
  un son strident, et lorsquelle séloigne, la
  hauteur du son semble décroître
  

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3.Modélisation de leffet Doppler
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• On remarque que la longueur donde à droite du
  mobile est plus petite que la longueur donde à
  gauche du mobile. Or le mobile se déplace vers la
  droite, donc on peut penser que la vitesse influe
  sur la longueur des ondes sonores.

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4.Interpretation de la modélisation

• Réponse à la problématique

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Calculs expliquant la variation de fréquence

• Soient v la vitesse de la source d'ondes, c la
  vitesse de propagation, T la période des ondes, ?
  leur longueur d'onde et f leur fréquence. ?' et
  f ' sont la longueur d'onde et la fréquence
  reçues par l'observateur. La variation de la
  longueur d'onde est égale à la distance parcourue
  par la source pendant une période, c'est-à-dire 
  
• ?' ? vT
• En utilisant les formules de la longeur d'onde (
  ? cT  et  ? c / f ), on obtient finalement
  cette formule 
• f ' f / ( 1 v / c )

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Calculs détaillés

• ?' ? vT
• ?' cT vT car ? cT
• c / f ' cT vT car ? c / f
• c / f ' T ( c v )
• c / f ' ( c v ) / f car T 1 / f
• f ' ( c v ) f c
• f ' f c / ( c v )
• f ' f / ( 1 v / c )

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Explication de la variation du son pour
lobservateur entendant lambulance

• On considère un observateur immobile sur le bord
  d'une route qui écoute l'avertisseur sonore d'un
  véhicule qui s'approche puis s'éloigne de lui
  avec une vitesse v Initialement, il perçoit un
  son de fréquence f 'f/(1-v/c) donc plus aigu
  que f.Quand le véhicule est à son niveau, il
  entend un son de fréquence f (pas d'effet
  transversal) Quand la source séloigne, la
  fréquence tend vers f ' f/(1v/c) (plus grave).

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5.Utilisation de leffet Doppler

• Dans la vie courante

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Le Radar des policiers

• Le radar Doppler est basé. sur la réflexion des
  ondes, ultrasonores par exemple. Lorsque des
  fronts d'ondes percutent un obstacle, elles sont
  instantanément réfléchies à la fréquence à
  laquelle l'obstacle les reçoit. Si cet obstacle
  est en mouvement, la fréquence est modifiée selon
  les formules de l'effet Doppler. En envoyant des
  ondes sur un obstacle dont on étudie le mouvement
  et en analysant les ondes réfléchies, on peut
  donc calculer la vitesse de l'obstacle.

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La Médecine

• En imagerie médicale, le radar Doppler permet
  d'étudier le mouvement des fluides biologiques.
  Une sonde émet des ondes ultrasonores, et les
  globules rouges les réfléchissent, faisant office
  d'obstacles. L'analyse de la variation de
  fréquence des ondes réfléchies, reçues par cette
  même sonde, permet de déterminer la vitesse du
  sang dans les vaisseaux  ce procédé s'appelle
  vélocimétrie Doppler .

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dispositif
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La Météo

• Le radar météorologique. Pour cela, il émet dans
  l'atmosphère des pulsations d'ondes
  radiophoniques. Lorsqu'elles rencontrent une
  perturbation, elles sont réfléchies puis sont
  alors réceptionnées par le radar. Ainsi, si la
  longueur d'onde se réduit, on en déduit selon les
  principes de l'effet Doppler que la perturbation
  s'approche du radar, et à l'inverse, si elle
  augmente, que la perturbation s'en éloigne.

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Expansion de lunivers
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Comme le montre le document précédent

• L'effet Doppler s'applique également au spectre
  lumineux, le lumière étant une onde, le
  déplacement d'une source de lumière modifie sont
  spectre de lumière. Cette technique a permis aux
  astronomes de dire que l'univers était en
  expansion, les autres étoiles ayant un spectre
  lumineux légèrement décalé vers le rouge.
• FIN