Terminale S TP 5_L’effet Doppler M.Meyniel 1/2 Extrait sonore du son perçu par l’observateur Échelle de fréquence des sons t (s) U (V) La moto s’approche… …passe devant l’observateur……………… puis s’éloigne. Zones à étudier Repères sur le signal L’EFFET DOPPLER Objectifs : - Mettre en œuvre une démarche expérimentale : usage des TICE (traitement de signal). - Repérer des informations spécifiques (fondamental et harmoniques). - Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour mesurer une vitesse avec l’effet Doppler. - Exploiter l’expression du décalage Doppler dans le cas des faibles vitesses. I. Comment mesurer la vitesse d’une moto ? Le motocycliste respecte-t-il la limitation de vitesse sur une route de campagne classique ? Pour répondre à cette question, on pourra utiliser les logiciels Regressi et Regavi comme dans le TP précédent sur l’acoustique musicale. Sur votre compte-rendu, décrire précisément : - la description de la démarche expérimentale, - les résultats obtenus (reproduction des spectres en fréquence), - votre conclusion. Bonus : Si on s’ennuie en toute fin de TP, on pourra chercher à justifier l’expression (3) d’après les inf ormations fournies. Qu’est-ce que l’effet Doppler ? On observe une moto se rapprochant puis s'éloignant de l'observateur (voir vidéo). On remarque que le son est plus aigu quand la moto s'approche puis plus grave quand la moto s'éloigne. Donc la fréquence est plus grande quand la moto s'approche et plus petite quand la moto s'éloigne. On dispose d’une bande sonore d’une moto se déplaçant sur une route. Le moteur de la moto à l’arrêt émet un son complexe dont la fréquence du fondamental est f S . La moto se déplace à la vitesse Vs par rapport à un observateur fixe. La célérité du son dans l’air est v = 340 m.s -1 . Quand la moto se déplace, l’observateur perçoit une fréquence différente selon si la moto se rapproche ou s’éloigne de lui : - fréquence perçue par l’observateur au bord de la route pendant l’approche : ( ) (1) - fréquence perçue par le récepteur au bord de la route pendant l’éloignement : ( ) (2) Les fréquences f 1 et f 2 sont déterminées par des mesures à l’aide d’instruments. f S la fréquence du son de la moto immobile est inconnue. La vitesse V S de la moto a pour expression : ( ) (3)
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Terminale S TP 5_L’effet Doppler
M.Meyniel 1/2
Extrait sonore du son perçu par l’observateur
Échelle de fréquence des sons
t (s)
U (V)
La moto s’approche… …passe devant l’observateur……………… puis s’éloigne.
Zones à étudier
Repères sur le signal
L’EFFET DOPPLER
Objectifs : - Mettre en œuvre une démarche expérimentale : usage des TICE (traitement de signal). - Repérer des informations spécifiques (fondamental et harmoniques). - Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour mesurer une vitesse avec l’effet Doppler.
- Exploiter l’expression du décalage Doppler dans le cas des faibles vitesses.
I. Comment mesurer la vitesse d’une moto ?
Le motocycliste respecte-t-il la limitation de vitesse
sur une route de campagne classique ?
Pour répondre à cette question, on pourra utiliser les logiciels Regressi et Regavi comme dans le TP précédent sur
l’acoustique musicale.
Sur votre compte-rendu, décrire précisément :
- la description de la démarche expérimentale,
- les résultats obtenus (reproduction des spectres en fréquence),
- votre conclusion.
Bonus : Si on s’ennuie en toute fin de TP, on pourra chercher à justifier l’expression (3) d’après les informations fournies.
Qu’est-ce que l’effet
Doppler ? On observe une moto se
rapprochant puis s'éloignant
de l'observateur (voir vidéo).
On remarque que le son est
plus aigu quand la moto
s'approche puis plus grave
quand la moto s'éloigne.
Donc la fréquence est plus
grande quand la moto
s'approche et plus petite
quand la moto s'éloigne.
On dispose d’une bande sonore d’une moto se déplaçant sur une route. Le moteur de la moto à l’arrêt émet
un son complexe dont la fréquence du fondamental est fS. La moto se déplace à la vitesse Vs par rapport à un
observateur fixe. La célérité du son dans l’air est v = 340 m.s-1
.
Quand la moto se déplace, l’observateur perçoit une fréquence différente selon si la moto se rapproche ou s’éloigne
de lui : - fréquence perçue par l’observateur au bord de la route pendant l’approche : (
) (1)
- fréquence perçue par le récepteur au bord de la route pendant l’éloignement : (
) (2)
Les fréquences f1 et f2 sont déterminées par des mesures à l’aide d’instruments. fS la fréquence du son de la
moto immobile est inconnue. La vitesse VS de la moto a pour expression : (
) (3)
(3)
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II. Comment mesurer la vitesse radiale d’une étoile ?
Puis choisir le module « détection des exoplanètes », lire les informations données et cliquer sur Application.
On considère la planète 51 Pegasi b
Déplacer le curseur et déterminer avec précision la longueur d’onde 0 dans le spectre d’absorption du Soleil.
Noter cette valeur dans le tableur (fichier doppler.xls).
Pour chaque spectre d’absorption de l’étoile, repérer la longueur d’onde ’ de la raie et compléter le tableau.
A l’aide du tableur, calculer = ’ - 0 .
A l’aide du tableur, calculer la vitesse radiale de l’étoile v (la vitesse radiale d'un objet est la composante de sa vitesse qui est mesurée dans la direction de la ligne de visée de l'observateur).
2. Interpréter l’allure du tracé de v = f (t).
3. Déterminer la période T du mouvement de la planète.
4. Sachant que le rayon de rotation de l’étoile avoisine les 590.106 m, en déduire la masse M de l’étoile.
On pourra utiliser la troisième loi de Képler :
avec G la constante de gravitation universelle G = 6,67.10-11 USI