Un solide S
se déplace sur un rail rectiligne horizontal en
émettant des signaux sonores. Deux microphones
immobiles reliés à deux oscilloscopes
enregistrent les ondes reçues en deux points M' et M
situés de part et d'autre du mobile S.
A t=0,
xM'=0 ; xS=35 m ; xM=70 m.
La célérité du son dans l'air sera
considérée égale à Vson=350 m
s-1. Bande passante de l'oreille humaine :[20
;20000 Hz]
- Dans
cette partie le solide S est animé d'un mouvement
uniforme de vitesse vS=35 m s-1. A
t=0 un signal sonore est émis. Le solide
émet régulièrement 10 bips par
seconde ( fréquence 10 Hz) leur durée
étant négligeable devant la période
d'émission.
- La période du son émis par S est : 10s ;
0,1 s ; 60 Hz ; 0,6 Hz ; 600 s.
- A quelle date t1 le premier bip émis
par S sera t-il entendu par M ? :10 s ; 0,1 s ; 0,17 s ;
7s ; 2 s.
- A quelle date t'1 le premier bip émis
par S sera t-il entendu par M' ? :10 s ; 0,1 s ; 0,17 s ;
7s ; 2 s.
- Quelle sera l'abscisse du point S lors de
l'émission du second bip ? 3,5 m ; 31,5 m ; 35 m ;
38,5 m ; 40 m
- A quelle date t2 le second bip émis
par S sera t-il entendu par M ? :10 s ; 0,1 s ; 0,11 s
0,19 s ; 0,21 s.
- A quelle date t'2 le second bip émis
par S sera t-il entendu par M' ? :10 s ; 0,1 s ; 0,11 s
0,19 s ; 0,21 s.
- On
recommence l'expérience précédente
en remplaçant les bips sonores par une
sirène émettant une onde sonore
sphérique sinusoïdale, de période T et
de fréquence n
=
2500 Hz et d'intensité constante. Le solide S est
maintenant animé d'un mouvement rectiligne
uniforme de vitesse vS = 87,5 m/s
- Quel écran correspond au son enregistré
sur l'oscilloscope placé en M ?
- Quel écran correspond au son enregistré
sur l'oscilloscope placé en M' ?
- Quelle est l'expression de la période
TM du signal reçu sur le microphone
placé en M ?
-
Quelle est l'expression de la période
TM' du signal reçu sur le microphone
placé en M' ?
- Quelle est la base de temps choisie pour l'oscilloscope
recevant l'onde en M ?
1 ms / div ; 0,5 ms/div ; 0,1 ms/div ; 0,05 ms/div
- Quelle est la base de temps choisie pour l'oscilloscope
recevant l'onde en M' ?
1 ms / div ; 0,5 ms/div ; 0,1 ms/div ; 0,05 ms/div
- On
augmente une nouvelle fois la vitesse du mobile.
L'oscilloscope placé en M capte toujours un signal
mais on n'entend rien. Quelle est la nouvelle vitesse du
mobile ? (m/s) : 100 ; 175 ; 306 ; 4 108 ;
corrigé
période (s) = 1/ fréquence (Hz) = 1/10 =
0,1
s.
t1
= SM / Vson = 35/350= 0,1
s.
t'1
= SM' / Vson = 35/350= 0,1
s.
xS=
35 + 0,1*35 = 38,5
m.
t2
= 0,1+SM / Vson = 0,1+(70-38,5)/350=
0,19
s.
t'2
= 0,1+SM' / Vson = 0,1+38,5/350=
0,21
s.
T= 1/8500 = 4 10-4 s.
effet
Doppler-Fizeau :
si la source
S se rapproche de M, le son devient plus aigu ; sa
fréquence augmente et sa période diminue.
(écran g)
TM=
T(1-VS/Vson) = 4 10-4
(1-87,5/350)= 3
10-4 s.
3 divisions
de l'écran pour T = 0,3 ms soit 0,1
ms/div.
si la source
S s'éloigne de M', le son devient plus grave ; sa
fréquence diminue et sa période augmente.
(écran e)
TM'=
T(1+VS/Vson) = 4 10-4
(1+87,5/350)= 5
10-4 s.
10 divisions
de l'écran pour T = 0,5 ms soit 0,05
ms/div.
On n'entend
rien si la fréquence est supérieure ou
égale à 20 000Hz( hors du domaine
audible)
soit
TM inférieure ou égale à 5
10-5 s.
T(1-VS/Vson)
<= 5 10-5
4
10-4 (1-VS/350) = 5 10-5
1-VS/350
<= 0,125
0,875 <=
VS/350
VS>=0,875*350
VS>=
306,25
m/s.
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