Comprendre l’effet Doppler

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Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Caractéristiques et propriétés des ondes
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Comprendre l’effet Doppler
 
 

FB_Bac_98618_PhyT_S_007

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Rappels de cours

1Mise en évidence de l’effet Doppler


 

 Un vibreur crée à la surface de l’eau des ondes circulaires de fréquence f qui se propagent à partir de S à la vitesse V.

 Si le vibreur se déplace en s’éloignant de A et en s’approchant de B, A reçoit moins fréquemment les vaguelettes : A perçoit donc une fréquence fA<f. B, lui, reçoit plus fréquemment les vaguelettes : B perçoit une fréquence fB>f.

2Expression du décalage Doppler

f   est la fréquence du signal reçu et f celle du signal émis (en Hz) ; λ′ est la longueur d’onde du signal reçu et λ celle du signal émis (en m) ; v est la vitesse de déplacement de la source et V est la vitesse de propagation de l’onde (en ).

Source s’approchant de l’observateur :f  >f  et λ′<λ

Source s’éloignant de l’observateur :f  <f  et λ′>λ

3Application à l’astrophysique


 

Lorsqu’une étoile s’approche d’un observateur terrestre, la raie caractéristique d’un élément chimique donné apparaît décalée vers le bleu (fréquence plus élevée, figure 2) par rapport au spectre d’absor­ption de référence (figure 1)1).

Au contraire, si l’étoile s’éloigne de la Terre, cette même raie est décalée vers le rouge (fréquence moins élevée, figure 33).

Méthodes

Calculer un décalage Doppler

Un camion roule à une vitesse . Pour alerter un randonneur, le conducteur actionne son klaxon, dont la fréquence est de . Calculer la fréquence du son perçu par le randonneur.

Conseils

Déterminer si le camion s’approche ou s’éloigne.

Solution

Le camion s’approche du randonneur. Il faudra utiliser la première formule du rappel de cours. Dans cette formule, la vitesse doit être exprimée en .

On convertit :

Le son perçu est plus aigu que le son émis.

Interpréter un décalage Doppler en astrophysique


 

Les étoiles doubles sont formées de deux étoiles E1 et E2 en rotation. E1 se dirige vers la position E 1 et E2 se dirige vers la position E 2.


 

Expliquer pourquoi dans le spectre d’absorption de l’étoile double correspondant à un élément donné, on observe deux raies et non une seule.

Solution

Si les deux étoiles étaient immobiles, leurs spectres se superposeraient et donneraient le spectre de référence.

Mais E1 s’éloigne de la Terre, la fréquence perçue est donc plus faible que celle qui est attendue : la raie est décalée vers le rouge. Au contraire, la raie du spectre correspondant à E2 se décale vers le bleu.

Les deux spectres superposés donnent un spectre à deux raies.