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1
L'effet Doppler
Par Ibrahim Ziazadeh et Alia Saleh
École La Dauversière, Montréal, juin 2001
Validation du contenu et révision linguistique
Karine Lefebvre ?Science animée, 2001
2
(No Transcript)
3
ÉCOLE
LA DAUVERSIÈRE
4
PRÉSENTE
5
IBRAHIM ZIAZADEH

ALIA SALEH
6
(No Transcript)
7
DANS
EFFET
DOPPLER
8
Introduction à leffet Doppler
Son en fonction de la fréquence?
Diverses ondes
Différentes sortes de sons
Table des matières
Son dun avion en fonction de sa vitesse
Ondes de choc
Effet Doppler Mathématiquement
Conclusion
Bibliographie
9
Introduction à leffet Doppler
Son en fonction de la fréquence?
Diverses ondes
Différentes sortes de sons
Table des matieres
Son dun avion en fonction de sa vitesse
Ondes de choc
Effet Doppler Mathématiquement
Conclusion
Bibliographie
10
Introduction à l'effet Doppler
11
Décrit par le physicien autrichien Christian
Johann Doppler en 1842, le phénomène qui porte
maintenant son nom correspond à la variation
apparente de la fréquence d'une onde émise par
une source en mouvement par rapport à un
observateur immobile.
Cest grâce à ce principe que lon peut mesurer
le mouvement relatif dune étoile et même dune
galaxie par rapport à la Terre
12
(No Transcript)
13
Cest-à-dire, que leffet Doppler sapplique
également aux ondes lumineuses émises par
un objet en mouvement.
Pour en savoir plus, suivez-nous!
14
Son en fonction de la fréquence ?
15
Onde à fréquence aigue
Onde à fréquence grave
16
Diverses ondes
17
Un insecte fixe vibre à la surface de leau
Un insecte en mouvement se déplaçant vers la
droite
18
(No Transcript)
19
(No Transcript)
20
Un exemple de l'Effet Doppler
21
Démarrer
22
Aussi longtemps que la police se rapproche de la
personne, les intervalles entre les fronts
d'ondes se raccourcissent.
23
Aussi longtemps que la police se rapproche de la
personne, les intervalles entre les fronts
d'ondes se raccourcissent.
24
Aussi longtemps que la police se rapproche de la
personne, les intervalles entre les fronts
d'ondes se raccourcissent.
25
Aussi longtemps que la police se rapproche de la
personne, les intervalles entre les fronts
d'ondes se raccourcissent.
26
Maintenant le véhicule s'éloigne de la personne.
Les intervalles entre les fronts d'ondes sont
alors plus longs.
27
Maintenant le véhicule s'éloigne de la personne.
Les intervalles entre les fronts d'ondes sont
alors plus longs.
28
Maintenant le véhicule s'éloigne de la personne.
Les intervalles entre les fronts d'ondes sont
alors plus longs.
29
Maintenant le véhicule s'éloigne de la personne.
Les intervalles entre les fronts d'ondes sont
alors plus longs.
30
Maintenant le véhicule s'éloigne de la personne.
Les intervalles entre les fronts d'ondes sont
alors plus longs.
31
Maintenant le véhicule s'éloigne de la personne.
Les intervalles entre les fronts d'ondes sont
alors plus longs.
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Maintenant le véhicule s'éloigne de la personne.
Les intervalles entre les fronts d'ondes sont
alors plus longs.
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Maintenant le véhicule s'éloigne de la personne.
Les intervalles entre les fronts d'ondes sont
alors plus longs.
34
Maintenant le véhicule s'éloigne de la personne.
Les intervalles entre les fronts d'ondes sont
alors plus longs.
35
Recommencer
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Différentes sortes de sons
37
Forme dondes pré-définies
SINUS
CARRÉ
SCIE À DENT
TRIANGLE
SON
CIRCULAIRE
38
(No Transcript)
39
(No Transcript)
40
(No Transcript)
41
(No Transcript)
42
(No Transcript)
43
(No Transcript)
44
Son d'un avion en fonction de sa vitesse
45

Vitesses avions
483 km/h
1593.9 km/h
1062.6 km/h
2125.2 km/h
46
Vitesses avions
483 km/h
1593.9 km/h
1062.6 km/h
2125.2 km/h
47
Vitesses avions
483 km/h
1593.9 km/h
1062.6 km/h
2125.2 km/h
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Vitesses avions
483 km/h
1593.9 km/h
1062.6 km/h
2125.2 km/h
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Vitesses avions
483 km/h
1593.9 km/h
1062.6 km/h
2125.2 km/h
50
Ondes de choc
Avions supersoniques
Nombre de Mach
Un exemple de calcul
51
Avions supersoniques
52
Une onde de choc est produite lorsquune source
se déplace

Figure 1
0
vs
1
vt
2
3
4
?
Sn
S4
S0
S1
S2
S3
de S0 à Sn avec une vitesse vs.
vst
53
Une présentation de londe de choc est produite
lorsquune source se déplace

Figure 1
0
vs
1
vt
2
3
4
?
Sn
S4
S0
S1
S2
S3
de S0 à Sn avec une vitesse de vs.
vst
54
Considérons maintenant ce qui se arrivera quand
la vitesse de la source vs excède la vitesse de
londe sonore v. Cette situation est décrite
graphiquement dans la figure. Les cercles
représentent les ondes sphériques avant la source
à des temps variés durant son mouvement.
55
Au temps t 0, la source est à S0, et après un
moment t, la source est à Sn. Durant
lintervalle de temps t, londe à S0 atteint un
rayon de longueur vt. Dans ce même intervalle,
la source parcourt une distance vst.
56
sin ? v/vs
La ligne tirée de Sn jusquà londe avant
centrée sur S0 est tangente à toutes les autres
ondes avant engendrées à des temps
intermédiaires. Ainsi, on peut voir que
lenveloppe de ces ondes est un cône dont le
demi-angle au sommet est ?
57
eau
58
eau
59
eau
Onde en forme de V
60
Le rapport vs/v fait référence au nombre de Mach.
Londe cônique produite quand vsgtv (vitesses
supersoniques) est connue comme une onde de choc.

Les ondes avant en forme de V qui suivent le
canard se produisent parce que le canard se
déplace à une vitesse plus grande que la vitesse
des ondes de leau.
Onde en forme de V
Ceci est analogue aux ondes de choc qui sont
produites par des avions voyageant à des vitesses
supersoniques.
61
Les avions voyageant à des vitesses supersoniques
produisent une onde de choc, qui est responsable
de lexplosion bruyante, ou boom sonique que
lon entend. Londe de choc est accompagnée
dun grand échange dénergie concentrée sur la
surface du cône ainsi que dune grande variation
de pression. Un tel choc est désagréable à
entendre et peut aussi endommager des bâtiments
quand lavion supersonique vole à basse altitude.
62
En fait, un avion voyageant à une vitesse
supersonique produit un boom double, car deux
ondes sont formées.
1
2
2
1
1) Lune provenant du nez de lavion.
2) Lautre de sa queue.
63
Nombre de Mach
64
Une source sonore stationnaire
Lorsquune source sonore est stationnaire, les
ondes sonores sont produites à une fréquence
constante ƒ0.
65
Une source se déplaçant avec vsource lt vson (
Mach 0.7 )
La même source sonore émet une onde à une
fréquence constante. Pourtant, il y a
maintenant un déplacement vers la droite avec une
vitesse vs 0.7 v (Mach 0.7).
66
Une source se déplaçant avec
vsource vson ( Mach 1 brisant la barrière
du son )
Ici, la source se déplace à la
vitesse du son (vs v,
ou Mach 1). La vitesse du son dans lair au
niveau de la mer est denviron 1207.5 km/h.
Les ondes avant sont maintenant toutes
entassées au même point créant une onde de
choc où la pression sera très intense.
Un observateur devant
la source ne détectera sa présence quau moment
où elle sera à son niveau. À ce moment, il
percevra londe de choc non pas comme un son
ordinaire mais plutôt comme un coup sourd.
67
Balle darme voyageant à Mach 1.01. Il est
possible dy voir londe de choc juste devant la
balle.
68
Moment exact où un F18 voyage à vitesse
supersonique.

Daprès les pilotes voyageant à
Mach 1, avant datteindre une
vitesse supersonique, il y a une barrière
perceptible au travers de laquelle on
doit passer. Cette barrière est due à la
pression intense engendrée à lavant de lavion.
69
Une source se déplaçant avec
vsource gt vson ( Mach 1.4 supersonique )
La source sonore a maintenant brisé la barrière
de la vitesse du son et elle voyage à 1.4 fois la
vitesse du son (Mach 1.4). La source aura
dépassé un observateur stationnaire avant que
celui-ci nentende le son émis.
70
Balle darme voyageant à Mach 2.45.
71
Un exemple de calcul
72
?
observateur
73
?
?
Observateur entend le boom.
observateur
74
Un  jet  supersonique voyageant à Mach 3 à une
altitude de 20 000 m est directement au-dessus de
lobservateur à un temps t0.
Où sera lavion quand le boom sera
finalement perçu ? (Supposons que la
vitesse du son dans lair est
uniforme à 335 m/s)
75
sin ? v Mach 1 1 v3
Mach 3 3 ? 19.47

distance

tan ? opposé hauteur adjacent
distance
hauteur
distance hauteur 20 000 m tan ?
tan 19.47 56 570 m
56.6 km
76
Un  jet  supersonique voyageant à Mach 3 à une
altitude de 20 000 m est directement au-dessus de
lobservateur à un temps t0.
Combien de temps cela prendra-t-il avant que
lobservateur rencontre londe de choc?
77
Vitesse distance temps
temps distance 56 570 m
vs 3 (335 m/s) 56.3 s
78
Effet Doppler Mathématiquement
Fréquence dun son
Calcul de la variation de fréquence due à
l'effet Doppler
Un exemple de calcul
79
Fréquence dun son
80
Une onde sonore, tout comme une onde lumineuse,
se propage à une vitesse donnée et est
caractérisée par sa fréquence et sa longueur
donde, ces trois paramètres étant reliés par la
relation
v ƒ? où v est la vitesse (m/s)
ƒ est la
fréquence (Hz ou 1/s)
? est la longueur donde (m)
81
La fréquence étant le nombre doscillations dans
une seconde, linverse de la fréquence, la
période (T), est le temps écoulé durant une
oscillation
T 1 / ƒ où T est
exprimée en secondes
82
La fréquence est le nombre de vibrations par
unité de temps dans un phénomène périodique.
v vitesse
Légende
dépression
compression
v
?
Sinusoïde
Voici une onde respectant
la fonction sinus. Elle est
nommée
v
pression
83
Calcul de la variation de fréquence due à
l'effet Doppler
84
Source
?
Source immobile
Lobservateur perçoit une onde de longueur ? .
85
?
Source
?
vm
Source mobile à une vitesse vm.
Lobservateur perçoit une onde de longueur ? .
86

Lorsquon met en lien les fréquences perçues et
émises avec les vitesses de la source ainsi que
du son, on obtient
ƒ ƒ 1 (
vm / vs ) où ƒ est la fréquence perçue
(Hz) ƒ est la fréquence émise
(Hz) vm est la vitesse de la source
sonore (m/s) vs est la vitesse du
son (m/s)
87
Si la source se rapproche de
lobservateur,vm est positive. Si
la source séloigne de
lobservateur, vm est négative.
Note.
La vitesse du son dans lair sec à
0 C et à pression normale est 331 m/s.
Elle augmente
approximativement de 0.61 m/s par degré.
Note.
88
Un exemple de calcul
89
Si une ambulance roule à 30 m/s et la sirène émet
un son de 800 Hz, quelle fréquence percevez-vous ?

• Lambulance se dirige vers vous.
• b) Lambulance séloigne de vous.

90

1. Lambulance se dirige vers vous.

ƒ ƒ 1 (
vm / vs )
a) ƒ 800 Hz
1 (30 m/s) / (343 m/s)
ƒ 877 Hz
91
b) Lambulance séloigne de vous?
ƒ ƒ 1 (
vm / vs )
b) ƒ 800 Hz
1 (- 30 m/s) / (343
m/s) ƒ 736 Hz
92
Conclusion
93
Pour conclure, nous avons pu voir que leffet
Doppler est surtout expérimenté avec les
ondes sonores. Leffet Doppler est également
utilisé dans les radars des policiers pour
mesurer la vitesse des véhicules automobiles.
94
De plus, les astronomes se servent de leffet
Doppler pour déterminer le mouvement relatif
des étoiles, galaxies et autres objets célestes.
95
Bibliographie
96
BOUCHARD, Régent. Physique phénomènes mécaniques,
Montréal, Lidec inc., 1993, 348 p.
GORDON, R.J., McGREW, R., VAN WYK, S., SERWAY, R.
Physics for scientists and engineers 4-E Chapters
16-22, Orlando, Saunders College Publishing
Edition, 1991, 645 p.
Kulesza, Alex , Green, David et Christopher,
Granite. (Page consultée le 14 décembre 2000).
The Soundry, En ligne. Adresse URL
http//library.thinkquest.org/19537/Main.html
Benson, Tom. (Page consultée le 25 décembre
2000). Speed of sound, En ligne. Adresse URL
http//www.lerc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/sound.h
tml
97
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Terminons le projet?
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(No Transcript)
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(No Transcript)