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Effet Doppler – une source sonore en mouvement

PhysiqueOscillations et ondes16–17 ans

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Une source sonore (un véhicule muni d'une sirène) passe à vitesse constante devant un auditeur placé à une distance d de la route ; les fronts d'onde sont des cercles émis depuis les positions antérieures de la source, ils se resserrent donc devant elle et s'espacent derrière. La fréquence reçue par l'auditeur, f', est calculée à partir des composantes de la vitesse le long du trajet du son et s'affiche sous forme de nombre, de courbe f'(t) et de son : aiguë quand la source approche, de plus en plus grave quand elle s'éloigne. L'auditeur peut aussi se déplacer en sens inverse de la source ou dans le même sens.

Leçon : Ondes sonores : l'effet Doppler pour une source ou un observateur en mouvement

Ce qu’elle montre

L'effet Doppler est la variation de la fréquence perçue lorsqu'une source sonore et un auditeur se déplacent l'un par rapport à l'autre. Une source en mouvement émet chaque crête depuis une nouvelle position : les crêtes se resserrent devant elle et s'espacent derrière. S'ils se rapprochent, les crêtes arrivent plus souvent et la fréquence perçue est plus élevée ; s'ils s'éloignent, elle est plus basse. En air calme, f' = f·(v + vo')/(v − vs'), où vs' et vo' sont les composantes des vitesses sur la droite qui les relie. Au passage de la source, ces composantes varient et le son glisse vers le grave, comme une sirène d'ambulance.

Mode d’emploi

Cliquez sur le bouton du haut-parleur pour entendre le son, puis observez un passage : f' commence haute, descend progressivement en passant par la fréquence de la source et finit basse. Comparez l'écart entre les cercles devant et derrière la source. Modifiez Vitesse de la source et Fréquence de la source, faites glisser l'auditeur pour changer Distance à la route ou réglez Auditeur sur En sens inverse de la source. Utilisez Pause, Lancer et Réinitialiser pour rejouer un passage.

Paramètres modifiables

  • Vitesse de la source 0–170 m/s
  • Fréquence de la source 200–1000 Hz
  • Auditeur Immobile, En sens inverse de la source, Dans le même sens que la source
  • Vitesse de l'auditeur 0–100 m/s
  • Distance de l'auditeur à la route 10–60 m

Questions à explorer

  1. Pourquoi f' diminue-t-elle progressivement, au lieu de sauter d'une valeur haute à une valeur basse, au passage de la source ?
  2. Pourquoi f' devient-elle égale à f un peu après que la source est à hauteur de l'auditeur, et non à cet instant ?
  3. Pour une source à 170 m/s, comment les longueurs d'onde devant et derrière se comparent-elles à celle de la source immobile ?

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