TP 6 Effet Doppler

Chap 3 : Propriétés des ondes
TP 6
Effet Doppler
Objectifs:


Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour mesurer une vitesse en utilisant l’effet
Doppler.
Exploiter l’expression du décalage Doppler de la fréquence dans le cas des faibles vitesses.
I. Eléments théoriques :
L'effet Doppler est la variation de fréquences d’une onde entre les fréquences d'émission et de réception
lorsque la distance entre l'émetteur et le récepteur varie au cours du temps.
Soit fE la fréquence d’émission ; fR la fréquence de réception ; c la célérité de l'onde et v la vitesse de
l’émetteur par rapport au récepteur (ou la vitesse du récepteur par rapport à la source). On démontre que :
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si c’est l’émetteur qui se déplace et
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si c’est le récepteur qui se déplace, dans le
cas où la vitesse de l'émetteur ou du récepteur est faible (inférieure à 10% de la célérité de la lumière).
Les radars routiers utilisent l'effet Doppler pour mesurer la vitesse des véhicules. Le radar envoie vers la
voiture une onde électromagnétique dans le domaine des micro-ondes à une fréquence de 24 GHz. Une
partie de celle-ci se réfléchit sur le véhicule et est détectée par le radar. Ce dernier calcule alors la différence
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de fréquence entre l’onde émise et l’onde reçue et en déduit la vitesse : V
Comment modéliser un radar routier ?
II. Expériences :
Nous utiliserons des ultrasons pour modéliser les micro-ondes d'un radar.
1. Déterminer la vitesse d'un émetteur mobile par 2 méthodes indépendantes.
2. Modéliser le fonctionnement d'un radar pour mesurer la vitesse d'un véhicule.
Chap 2 : Caractéristique des ondes
TP 6
Effet Doppler
Correction
Méthode 1 :
1. Lorsque le mobile placé sur le banc Doppler est en mouvement, on mesure la distance parcourue
pendant la durée t.
2. On peut calculer la vitesse grâce à la formule v = d / t. On trouve v = 12 m.s-1
3. Pour plus de précision, on répète plusieurs fois (par exemple 5 fois) la mesure.
Méthode 2 :
On utilise l'effet Doppler.
1. Déterminer la fréquence de l'émetteur en enregistrant le son en fonction du temps. Grâce à l'atelier
scientifique, on trouve fE = 40 kHz
2. On place ensuite un émetteur d'ultrason sur le mobile et le
récepteur au bout du banc.
3. Le module Doppler relié à l'ordinateur permet de mesurer
le décalage de fréquence f = fR – fE au cours du
mouvement, entre la fréquence émise et la fréquence
reçue.
On mesure le décalage de fréquence en déterminant le
décalage des périodes, sur une dizaine de périodes :
T = 10 T / 10 et f = 1 / T = 15 Hz
4. On en déduit la valeur de la vitesse :
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car c'est l'émetteur qui est en mouvement.
-1
Avec c = 340 m.s (car il s'agit d'un son), on trouve v = 12 m.s-1
5. On peut aussi placer le récepteur sur le mobile et l'émetteur au bout du banc.
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Dans ce cas,
Radar :
1. En utilisant le banc, on place l'émetteur et le récepteur côte à côte à une extrémité du banc et un
écran sur le mobile. Cet écran réfléchit les ondes émises par l'émetteur et joue le rôle du véhicule en
mouvement.
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2. On mesure à nouveau f = fR – fE pour en déduire la vitesse :
3. On vérifie que la vitesse trouvée est identique à celle des 2 premières mesures, si l'on n'a pas modifié
la vitesse du mobile sur le banc.
Conclusion :
Quand la source d'une onde ou le récepteur sont en mouvement, alors le récepteur et l'émetteur ont des
fréquences différentes. C'est l'effet Doppler. On peut alors en déduire la vitesse de l'émetteur ou du
récepteur.
Dans le cas du radar, émetteur et récepteur sont fixes, mais l'onde se réfléchie sur un objet mobile, ce qui
déforme aussi l'onde.
Images et valeurs de l'expérience : http://www.jeulin.fr/fr/a-a1000004348/ressource/1001176/TP-TerminaleS-STL-Effet-Doppler-applique-a-la-mesure-de-vitesses.html?typeArti=ressource
Nom
professeur :
du Matière :
Physique
Classe :
TS
N Massé
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Horaires :
Salle :
Nombre
d’élèves/binômes* :
Date de restitution de cette fiche
au technicien :
Technicien préparateur exposé :
14
TP
Expérience
prof *
Quantité :
/ Titre
TP 6 : Effet Doppler
Besoins en matériel:
7
Salle info : logiciel atelier scientifique
7
Interface Jeulin
7
Banc Doppler
7
Emetteur US
7
Récepteurs US
7
8 fils de connexion
7
Chronomètres
7
7
Nom
des
chimiques
Produits
Concentration
et Phrase
volume
total risque et
demandés
sécurité
de Produit
de dangereux ?
(art R4411.6)
Recherche de
substituant ?
Protections :
◊ Gants
◊ Lunettes
◊ Hotte
◊Masques
Déchets chimiques : (Cocher les cases correspondantes et préciser le volume estimé)
◊ Acides ORGA
◊ Bases ORGA
◊ Oxydants
◊
Composés organiques chlorés
◊ Acides MINE
◊ Bases MINE
◊ Sels métalliques
◊ Compos és
organiques non chlorés
◊ Acide Nitrique
◊ Ammoniaque
◊ Déchet spécifique : DNPH
NB : Merci de bien vouloir remettre cette fiche 7 jours avant au technicien de laboratoire.