Effet Doppler
(15 minutes de préparation)
Cet exercice s'intéresse à l'effet Doppler en acoustique.
Question
En quoi consiste l'effet Doppler ?
Citer un exemple de la vie courante où il intervient en acoustique, puis des exemples d'application ?
L'effet Doppler est le décalage de fréquence d'une onde (onde mécanique, acoustique, électromagnétique, etc.) entre la mesure à l'émission et la mesure à la réception lorsque la distance entre l'émetteur et le récepteur varie au cours du temps.
L'effet Doppler se manifeste par exemple pour les ondes sonores dans la perception de la hauteur du son d'un moteur de voiture, ou de la sirène d'un véhicule d'urgence.
Le son est différent selon que l'on est dans le véhicule (l'émetteur est immobile par rapport au récepteur), que le véhicule se rapproche du récepteur (le son est plus aigu) ou qu'il s'éloigne (le son est plus grave).
Cet effet est utilisé pour mesurer une vitesse, par exemple celle d'une voiture, ou bien celle du sang lorsqu'on réalise des examens médicaux (notamment les échographies en obstétrique ou en cardiologie).
Il est d'une grande importance en astronomie car il permet de déterminer directement la vitesse d'approche ou d'éloignement des objets célestes (étoiles, galaxies, nuages de gaz, etc.).
Question
Un mobile M émet un signal sonore T en se déplaçant sur l'axe (Ox) à la vitesse v > 0 (la célérité des ondes acoustiques est c).
Faire un raisonnement qui donne la période T' du signal sonore tel qu'il est perçu par un observateur immobile au point O en distinguant le cas où M s'éloigne du cas où il se rapproche.
Le mobile se déplace en direction de l'observateur.
On considère que le mobile émet un premier signal sonore alors que l'observateur est à une distance d de ce mobile.
Ce 1er signal atteint l'observateur à l'instant :
Le mobile émet un second signal à la date T. L'observateur reçoit ce signal à la date :
Ainsi, la période observée pour l'observateur fixe sur le bord de la route est :
Soit :
Ainsi,
et donc
: le son paraît plus aigu.
Quand le mobile aura dépassé l'observateur, alors (il faut remplacer
par
) :
Le son est alors plus grave.
Simulation : Une animation JAVA de JJ.Rousseau (Université du Mans)
Effet Doppler acoustique : cliquer ICI
