Doppler Effect notes - GreeleySchools
The Doppler effect causes the changing pitch of a siren When a firetruck approaches, the pitch sounds higher than normal because the sound wave crests arrive more frequently When the firetruck passes and moves away, you hear a drop in pitch because the wave crests are arriving less frequently 25 9 The Doppler Effect
Lecture Notes 1 THE DOPPLER EFFECT AND SPECIAL RELATIVITY
THE DOPPLER EFFECT AND SPECIAL RELATIVITY p 5 8 286 LECTURE NOTES 1, FALL 2018 In this case, the sequence becomes (10) The source emits a wave crest (20) At a time t S later, the source emits a second wave crest
Chapitre 5 : Effet Doppler
NotesdecoursIPHO Année2016-2017 Chapitre 5 : Effet Doppler I Effet Doppler-Fizeau Définition : Lorsqu’unesourcemobileSémetunsignalpériodiquedefréquencef S
EFFET DOPPLER
EFFET DOPPLER 1 INTRODUCTION 1 1 HISTORIQUE L'effet Doppler-Fizeau (ou plus simplement « effet Doppler ») est le décalage de la fréquence d’une onde reçue par rapport à celle de l’onde émise lorsque l'émetteur et le récepteur sont en mouvement l'un par rapport à l'autre
RRadars et effet Doppler
Dossier thématique n°5 – Radars et effet Doppler Page 3 1 – L'EFFET DOPPLER Qui n'a pas vécu l'expérience classique où, placé en observateur en bord de route, on percoit un son de fréquence supérieure à la fréquence du son émis par la sirène du camion, lorsque celui-ci s'approche, fréquence qui s'abaisse brusquement au
New formulas for the Hubble constant in a Euclidean static
of the Doppler effect is V =H 0D cz, 10 where H 0 is the Hubble constant H 0=100h km s−1 Mpc−1, with h=1 when h is not specified, D is the distance in Mpc, c is the velocity of light, and z the redshift The quantity cz, a velocity, or z, a number, characterizes the catalog of galax-ies The Doppler effect produces a linear relationship be
Lecture 6 - The relativistic doppler shift of light
Lecture 6 - The relativistic doppler shift of light E Daw April 4, 2011 1 Introduction Today we will study the doppler e ect, and in particular the redshift of light emitted by a source receding from an observer The non-relativistic doppler shift may be familiar to you from your A{level studies, and indeed you may also have discussed
Introduction a l’e et Doppler
Figure 1 { E et Doppler sonore 2 1 3 Formule de l’e et Doppler pour un r ecepteur xe Nous retiendrons donc la relation suivante, qui regroupe et g en eralise les formules vues ci-dessus : f R= 1 1 ~v S:~u SR c:f S (1) Application : Une ambulance qui se d eplace a v A = 20m:s 1 emet le "la" a 440Hz Un passant immobile regarde le passage de
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Dossier thématique n°5 - Radars et effet Doppler Page 1
Dossier thématique n°5
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eett eeffffeett DDoopppplleerrAAuutteeuurr ::
JJeeaann--FFrraannççooiiss RRÉÉCCOOCCHHÉÉ Dossier thématique n°5 - Radars et effet Doppler Page 2Dossier thématique
SSoommmmaaiirree nn°° 55
1 - L"effet Doppler.
P.32 - Les ondes.
P.43 - Emetteur mobile
Récepteur immobile.
P.44 - En résumé.
V - LES LIXIVIATS. P.7
5 - Autres cas.
P.66 - Vive les math !
P.107 - Les ondes électromagnétiques.
P.10VII - Un peu de math. 8- Le radar.
P.119 - Quelques applications.
P.14Quel rapport entre
un contrôle routier de vitesse, un sauvetage en mer, la gestion d"un aéroport, un examen cardiologique ou uneéchographie, un bulletin
météo et la théorie du big bang ?Réponse : Un effet
qui s"applique à tous types d"ondes (sonores etélectromagnétiques
principalement) et qui està la base de nombreuses
réalisations :L"effet Doppler.
Dossier thématique n°5 - Radars et effet Doppler Page 31 - L"EFFET DOPPLER.
Qui n"a pas vécu l"expérience
classique où, placé en observateur en bord de route, on percoit un son de fréquence supérieure à la fréquencedu son émis par la sirène du camion, lorsque celui-ci s"approche, fréquence qui s"abaisse brusquement au moment du croisement, prenant alors une valeur inférieure, alors que le camion s"éloigne.
Ces constations sont très nettement
accentuées lorsqu"il s"agit par exemple de 2 trains se croisant à grande vitesse, l"un utilisant un avertisseur. Si une onde acoustique est émise à une certaine fréquence, lorsque la distance entre l"émetteur et le récepteur varie en fonction du temps, la fréquence de l"onde semble varier. Ce phénomène physique est connu sous le nom d"effet Doppler.C"est en 1842 que Doppler publie son
article sur le comportement des ondes. Indépendamment, mais ultérieurement, Fizeau découvre aussi ce phénomène et l"applique aussi à la lumière. C"est pourquoi on parle d"effet Doppler-Fizeau lorsqu"on parle d"ondes lumineuses.Plusieurs cas peuvent être envisagés :
Emetteur et observateur tous deux en mouvement.
Emetteur en mouvement et observateur immobile.
Emetteur immobile et observateur en mouvement.
Dans chaque cas il peut être envisagé que l"émetteur et l"observateur s"éloignent ou se rapprochent l"un de l"autre. Nous limiterons notre étude à un (ou des) déplacement(s) sur une même droite avec des vitesses constantes.Christian Andreas Doppler
(1803/1853)Mathématicien et physicien
autrichien. Dossier thématique n°5 - Radars et effet Doppler Page 42 - LES ONDES.
Lançons un caillou dans l"eau. On
voit alors de petites vagues partir du point de chute du caillou et dessinerdes cercles de plus en plus grands. Dans l"air (milieu élastique et homogène), un son se propage via la modification de la pression des couches d"air (
voir schéma ci-dessous)Une onde est la propagation d"un ébranlement.
Dans le cas du caillou il s"agit d"une
onde transversale (déformation dans la direction perpendiculaire au déplacement)Dans le cas du son, c"est une onde
longitudinale (déformation dans la direction du déplacement) Dans les deux cas il n"y pas de déplacement longitudinal de matière: le bouchon posé sur l"eau monte puis redescend, et personne ne peut prétendre être décoiffé par un son malgré l"expression, erronée donc, "wouaw!... ce groupe a un son qui décoiffe !! "3 - ÉMETTEUR MOBILE - RÉCEPTEUR IMMOBILE.
Appelons
c la vitesse du son (en m/s).Pendant une période, temps T
e (Te = 1/fe, Te en s), le premier front d"onde a parcouru la distance d f (en m) telle que df = c.Te ++8}ÿ EI Q BT /R32 8.04 Tf0.999418 0 0 1 141.36 364.4 Tm
Dépression
Point maximal
d"ébranlement appelé :FRONT D"ONDE
Remarque :
Comme il n"est pas
facile de représenter une onde longitudinale, on schématise comme pour une onde transversale. (Les propriétés qui nous intéressent sont les mêmes)L"émetteur (mobile)
émet un son de
fréquence constante f e (en Hz).L"émetteur se déplace à
la vitesse V e (en m/s).Récepteur immobile.
Dossier thématique n°5 - Radars et effet Doppler Page 5 Pendant ce temps là l"émetteur c"est déplacée de la distance de telle que d e = Ve.Te Pour notre oreille l"intervalle de temps entre deux fronts d"onde est inférieur à l"intervalle réel lors de l"émission, le deuxième front d"onde ayant moins de distance à parcourir. Le deuxième front d"onde est espacé du premier de : d = df - de = c.Te - Ve.Te = (c - Ve).Te Il en est de même pour les fronts d"onde suivants. Chaque front d"onde ayant une vitesse c, il mettra pour parcourir cette distance et atteindre à son tour l"émetteur un temps T : T = c d = cc ee).TV - ( soit T = ee T.)V - ( cc Le son perçu par le récepteur a donc une fréquence apparente d"expression : e ef .V - f cc= cc eV - > 1 donc f > fe . L"observateur perçoit un son plus aigu.En 1848, le père de la
météorologie B.BALLOT place une dizaine de trompettistes sur un train et leur demande de tous jouer la même note. Il place un autre groupe de musiciens professionnels sur le bord de la voie. Au passage du train, aucun des observateurs n"est capable de reconnaître la note jouée. La preuve est faite ! L"effet Doppler modifie la perception de la fréquence d"un son. Ve1er front d"onde
2ème front d"onde
3ème front d"onde
4ème front d"onde
d = (c - Ve).Te1 2 3 4
Position du véhicule
à l"émission de
chaque front d"onde. de = Ve.TeLes proportions entre
d et d e ne sont pas respectées Dossier thématique n°5 - Radars et effet Doppler Page 6Exemple :
Soit c = 340 m/s ; vitesse du véhicule Ve = 25 m/s (90 km/h) ; fréquence de la sirène 400 Hz. Un observateur immobile voyant approcher un camion de pompier entendra la sirène à une fréquence400 . 25) - (340340f= = 431,75 f ≈ 432 Hz
Et lorsque le camion s"éloigne ?
Le schéma simplifié ci-contre
permet de répondre à la question :Lorsque l"émetteur aura dépassé
le récepteur, les fronts d"onde ont de plus en plus de distance à parcourir pour atteindre le récepteur.L"intervalle de temps entre deux fronts
d"onde à la réception est maintenant supérieur à l"intervalle réel lors de l"émission. Chaque front d"onde est espacé du précédent de : d = df + de = c.Te + Ve.Te = (c + Ve).Te Le son perçu par le récepteur a donc une fréquence apparente d"expression : e ef .V f cc cc eV +< 1 donc f < fe . L"observateur perçoit un son plus grave.Reprenons notre exemple :
c = 340 m/s ; V e = 25 m/s (90 km/h) ; fe =400 Hz. L"observateur immobile voyant s"éloigner le camion, entendra la sirène à une fréquence400 . 25) (340340f+= = 372,6 f ≈ 373 Hz
A noter que l"écart n"est pas "symétrique" : gain de 32 Hz à l"approche, perte de27 Hz à l"éloignement.
Remarque importante
: Les élèves peuvent exprimer leur étonnement au fait que la fréquence apparente est la même tout au long de l"approche, change brusquement au croisement puis reste constante tout au long de l"éloignement. Ils sontpersuadés que plus le camion approche plus le son est aigu. Cette sensation auditive n"est pas fausse. Elle peut être illustrée avec un GBF et un haut-parleur : A fréquence constante lorsqu"on augmente l"amplitude (le volume) le son semble plus aigu. Ce n"est qu"une sensation.
d = (c + Ve).Te Dossier thématique n°5 - Radars et effet Doppler Page 7