Effet Doppler : une source s'approchant d'un auditeur
1 · Prédire
Une source sonore se déplace vers un auditeur immobile tout en émettant une tonalité constante. L'auditeur entend-il une tonalité plus haute, plus basse ou la même que la vraie fréquence de la source ?
- L'auditeur entend une tonalité plus haute que la vraie fréquence de la source.
- L'auditeur entend exactement la même tonalité.
- L'auditeur entend un ton plus grave.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage de l’approche Doppler et appuyez sur Réinitialiser. La source émet 440 Hz dans l'air 20°C ; l'auditeur est immobile.
- Activez la lecture de la fréquence observée chez l’observateur.
- Réglez la vitesse d’approche de la source pour chaque essai et enregistrez la fréquence observée.
3 · Collecter les Données
| Fréquence source f (Hz) | Vitesse de la source vs_s (m/s) | Fréquence observée f′ (Hz) |
|---|---|---|
| 440.00 | 20.00 | |
| 440.00 | 35.00 | |
| 440.00 | 50.00 |
Tracez la fréquence observée f' (axe y) par rapport à la vitesse de la source v_s (axe x) pour vos trois essais.
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez f′ = f·c/(c − v_s) en utilisant c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s pour l'air 20°C. Comparez avec le tableau.
- Expliquez pourquoi f′ continue d'augmenter à mesure que v_s grandit, et qu'arriverait-il à la formule (et au son) si v_s atteignait un jour la vitesse du son c.
5 · Approfondir
- Une sirène d'ambulance sonne plus haut à mesure qu'elle s'approche et diminue soudainement à mesure qu'elle passe et recule. Utilisez la convention des signes de la formule Doppler pour expliquer la chute.
- Cette expérience ne couvre qu'une source qui s'approche. Si la source s'éloignait à la place, vous attendriez-vous à ce que (c − v_s) devienne (c + v_s) au dénominateur ? Expliquez ce que cela fait à f′.
La physique derrière cette expérience
Effet Doppler (source mobile)
Une source se déplaçant vers un auditeur stationnaire comprime les fronts d'onde devant elle, augmentant la fréquence que l'auditeur entend : f′ = f·c/(c − v_s).