QUIZZ : Chapitre 8b Effet Doppler

Situation (a) : Le musicien change la fréquence en changeant la tension de la corde. ça n'est pas l'effet Doppler. ça suit une relation que vous avez vue l'an passé en Enseignement Scientifique.

Situation (b) : La phrase pourrait faire penser, au premier abord, qu'il s'agit d'effet Doppler, car il parle d'une sirène qui se rapproche. Mais dans la phrase, ils parlent de niveau sonore L qui varierait et non de la fréquence. Donc l'effet décrit n'est pas l'effet Doppler.

Situation (c) : Ici, ils parlent d'une modification de la fréquence perçue d'une son d'une ambulance qui s'approcherait puis s'éloignerait. Il s'agit ici de l'effet Doppler. Quand l'ambulance s'approche de nous, la fréquence perçue est plus aigue que la fréquence émise, et elle devient plus grave quand l'ambulance s'éloigne, avec l'effet bien connu que vous pouvez entendre sur la vidéo.

Vous entendez? Le son devient de plus en plus grave?  

La longueur d'onde

La longueur d'onde diminue. Elle sera donc perçue comme plus petite (lambdaR) que dans la situation initiale où A et B étaient tous deux immobiles (lambdaE).

lambda = c / f
avec lambda: la longueur d'onde en m
c : la célérité de l'onde en m/s
f : la fréquence en Hz

Ils sont inversement proportionnels car la célérité c est une constante

La fréquence perçue fR sera plus grande que la fréquence émise fE. Le son sera perçu plus aigu qu'il n'est émis.
En effet, on a vu précédemment que les longueurs d'onde étaient perçues plus petites (les fronts d'onde sont "écrasés" et donc plus proches. Et comme la fréquence est inversement proportionnelle à la longueur d'onde, celle-ci sera perçue plus grande.

La longueur d'onde augmente cette fois. Elle sera donc perçue comme plus grande (lambdaR) que dans la situation initiale où A et B étaient tous deux immobiles (lambdaE).

La fréquence perçue fR sera plus faible que la fréquence émise fE. Le son sera perçu plus grave qu'il n'est émis.
En effet, on a vu précédemment que les longueurs d'onde étaient perçues plus grandes (les fronts d'onde sont "étirés" et donc plus éloignés. Et comme la fréquence est inversement proportionnelle à la longueur d'onde, celle-ci sera perçue plus petite.

Non, ils peut aussi s'appliquer aux ondes électromagnétiques (la lumière). On le voit en astrophysique avec l'éloignement des galaxies de la Terre (effet Doppler-Fizeau)

Dans le cas où l'émetteur et le récepteur se rapprochent l'un de l'autre:
 fR > fE (lire les questions de quizz précédentes)
TR < TE (car f et T inversement proportionnels)
lambdaR < lambdaE (car lambda et T proportionnels, ou lambda et f inversement proportionnels)

Dans le cas où l'émetteur et le récepteur s'éloignent l'un de l'autre, ce sont les mêmes relations mais en changeant tous les sens des inégalités.

Question 1)
Quand l'émetteur et le récepteur s'éloignent l'un de l'autre, fR < fE donc fR - fE sera négatif, donc le décalage de fréquence sera négatif.
Question 2)
Des formules homogènes ont la même unité à gauche et à droite du signe "=".
On peut donc éliminer:
- la formule (c) qui est inhomogène. Hz à gauche, et m/s/Hz à droite
- la formule (d) qui est aussi inhomogène. Hz à gauche et m/s à droite.
On a vu dans la question 1) que le décalage de fréquence doit être négatif, donc on peut éliminer la formule (b) car à droite, le terme est positif car vson>v

Donc finalement, la bonne relation est la (a), qui est homogène à une fréquence et négative.
On peut d'ailleurs retrouver cette relation grâce à une démonstration qui ressemblerait à celle montrée en METHODO 01.

v = 80 km/h = 22 m/s (je rappelle que pour passer de km/h en m/s il faut diviser par 3,6
Delta f = 435*22/(345-22) = 30 Hz

Remarque: Le décalage de fréquence est positif, donc la fréquence perçue sera de 435 + 30 = 465 Hz, au lieu de 435 Hz. Le son sera donc effectivement perçu plus aigu lorsque la voiture sera en approche.

On lit sur le graphique que la longueur d'onde perçue sur le spectre vaut 669,4 nm. La référence émise, sur Terre, est de 656,3 nm.
La longueur d'onde perçue est donc plus grande que la longueur d'onde émise. On a un décalage vers le rouge (redshift).
Comme la fréquence est inversement proportionnelle à la longueur d'onde, la fréquence perçue serait plus petite que la fréquence émise.
On en déduit donc que l'étoile s'éloigne de la Terre. Elle fait certainement partie d'une galaxie qui s'éloigne de la notre. C'est pas illogique puisque notre univers est actuellement en expansion.

Rq: Si on le souhaitait, on pourrait calculer la vitesse d'éloignement de la galaxie, en partant d'une relation similaire à celle montrée dans la METHODO1