Effet doppler
Mesure de l'effet doppler en utilisant la bibliothèque de sons de Fizziq.
Ebene :
Lycée
Autor:
FizziQ
Objectif pédagogique :
Cette activité permet aux élèves de comprendre l'effet Doppler et de l'utiliser pour calculer la vitesse d'un véhicule en mouvement. Elle démontre comment un phénomène acoustique peut servir d'outil de mesure.
Concepts abordés :
Effet Doppler; Analyse spectrale; Ondes sonores; Fréquence et vitesse; Relation entre décalage fréquentiel et vitesse
Description de l'activité :
L'élève analyse l'enregistrement sonore d'un véhicule en mouvement à l'aide des outils spectraux de FizziQ pour détecter le changement de fréquence causé par l'effet Doppler. En comparant les spectres sonores avant et après le passage du véhicule l'élève calcule le décalage en pourcentage puis utilise la formule de l'effet Doppler pour déterminer la vitesse approximative du véhicule.
Matériel requis :
Smartphone avec l'application FizziQ; Enregistrement 'Effet Doppler' de la bibliothèque de sons ou enregistrement personnel d'un véhicule en mouvement; Cahier d'expérience FizziQ
Eclairage scientifique
L'effet Doppler est la variation apparente de fréquence d'une onde perçue par un observateur lorsque la source de l'onde et l'observateur sont en mouvement relatif. Pour une source sonore s'approchant de l'observateur, la fréquence perçue est plus élevée que la fréquence émise (son plus aigu); lorsqu'elle s'éloigne, la fréquence perçue est plus basse (son plus grave). Cette variation s'explique par la compression ou l'étirement des ondes sonores. Mathématiquement, pour une source en mouvement et un observateur fixe, la relation est: f' = f × (c/(c-v)), où f' est la fréquence perçue, f la fréquence émise, c la vitesse du son (environ 343 m/s à 20°C) et v la vitesse de la source. À partir de cette formule, on peut isoler v: v = c × (1-f/f'). L'analyse avec FizziQ utilise le spectre de fréquences pour mesurer précisément les fréquences avant et après passage. Le décalage fréquentiel Δf/f est proportionnel au rapport v/c pour de faibles vitesses. Par exemple, un décalage de 3% correspond à une vitesse d'environ 10 m/s (36 km/h). L'amplitude du signal peut également aider à déterminer l'instant précis où le véhicule passe devant l'observateur. Cette technique est utilisée par les radars Doppler pour mesurer la vitesse des véhicules, mais avec des ondes électromagnétiques plutôt que sonores.