Effet Doppler, dispositif expérimental.

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Le spectre des étoiles fournit de nombreux renseignements sur leur composition chimique, leur température ou leur mouvement par rapport à la terre.
Effet Doppler.
Un émetteur d'onde sinusoïdale ( sonore ou lumineuse ) se déplace selon ( Ox ) à une vitesse vem par rapport à un émetteur fixe situé au point O d'un référentiel R0. L'émetteur émet une onde de fréqience fem qui se propage avec une célérité vonde >>| vem |.

1 Soit f0 la fréquence de l'onde perçue par le récepteur placé en O dans R0. Etablir par une méthode de votre choix, l'expression : fem-f0 = vem / vonde fem.

Hypothèses : l'émetteur émet des bips à la fréquence fem = 1 / Tem ;
A t=0, le récepteur se trouve à la distance d0 de l'émetteur ; l'émetteur émet un premier bip.
Le récepteur reçoit ce premier bip à la date t1 = d0 / vonde.
A la date Tem, l'émetteur se trouve à la distance d = d0 +vem Tem et il émet un second bip.
Le récepteur le reçoit à la date t2 = d / vonde + Tem.
t2-t1 =(
vem Tem +Tem ) / vonde.
Période de réception du signal : T0 =
t2-t1 =vem Tem  vonde +Tem= Tem ( 1 +vem / vonde).
Fréquence : f0 = fem / (
1 +vem / vonde).~fem  ( 1 -vem / vonde).
fem-f0 = vem / vonde fem.
Un professeur souhaite faire travailler des élèves de terminale S sur les compétences du programme associées à l'effet Doppler. Pour cela il réalise un dispositif expérimental constitué :
- d'un petit buzzer émettant une onde sonore monochromatique de fréquence 4 khz ( dans son référentiel ) ;
- d'une potence à laquelle est fixée une tige horizontale immobile ;
- d'un fil dont l'une des extrtémités est reliée au buzzer et l'autre à l'extrémité de la tige horizontale. Le dispositif peur alors osciller à la manière d'un pendule simple ;
 - un micro posé sur la table et relié à une carte d'acquisition.

Le professeur réalise une vidéo du mouvement puis une acquisition par pointage, des positions successives du buzzer initialement lâché avec un angle d'environ 45 °.


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2. Estimer la valeur maximale du décalage en fréquence dû à l'effet Doppler. Comment détecter ce décalage en fréquence ?
vmax = (d5-d3) / (t5-t3) = (0,15-(-8,37 10-2)) / 0,067 ~3,5 m / s.
fem-f0 = vem / vonde fem = 3,5 / 340 x 4 103 =41,2 Hz.
Un tel décalage en fréquence est mesuré en reliant le microphone directement à un oscilloscope.



 


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