Thème 1 : Organisation et transformations de la matière
Ch. 1
De l'Univers aux atomes
Ch. 2
Les ions dans notre quotidien
Ch. 3
Quand les acides et les bases réagissent
Ch. 4
La masse volumique
Thème 2 : Mouvement et interactions
Ch. 5
Vitesse et mouvement
Ch. 6
Les forces
Ch. 7
Le poids
Thème 3 : L'énergie et ses conversions
Ch. 8
La conservation de l'énergie
Ch. 9
Résistance et loi d'Ohm
Ch. 10
Puissance et énergie en électricité
Thème 4 : Des signaux pour observer et communiquer
Ch. 11
Des signaux au-delà de la perception humaine
Brevet
Sujet 8 - Sujet guidé
L'effet Doppler-Fizeau
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Introduction
En 1842, Christian Doppler montre que la fréquence du son reçu change lorsque l'émetteur s'éloigne (ou s'approche) du récepteur. En 1848, c'est au tour d'Hippolyte Fizeau de mettre en évidence le même phénomène dans le cas de la lumière. On appelle donc ce phénomène l'effet Doppler-Fizeau. Cet effet a de multiples applications : radars de contrôle routier, météorologie, imagerie médicale, etc.
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Partie 1
Approche d'un camion de pompiers : vitesses de propagation
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Doc. 1
Véhicule d'intervention des pompiers.
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Un camion de pompiers se rapproche d'un observateur. Ils sont distants de 1 km. Le camion met 30 s pour l'atteindre.
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Aide à la résolution
1. Quelle est la relation entre la vitesse, la distance et la durée ? Aide-toi de l'unité de la vitesse. 2. Rappel : 1 h = 60 min = 3 600 s. 3. Attention en utilisant la formule, détermine bien quelle grandeur physique on souhaite calculer.
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Questions
1. Calcule la vitesse du camion de pompiers en m/s et km/h.
2. Quelle durée faudra-t-il au son de la sirène pour atteindre l'observateur ? On considérera que la vitesse de propagation du son dans ces conditions est Vson = 340 m/s.
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Partie 2
Approche du camion de pompiers : effet Doppler-Fizeau
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Doc. 2
L'effet Doppler-Fizeau.
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L'effet Doppler-Fizeau se produit lors de l'émission d'un son par un objet en déplacement. Le son perçu aura une fréquence différente du son émis à cause du déplacement de la source. Lorsqu'un camion de pompiers se rapproche d'un observateur, le son de la sirène du camion devra parcourir une distance d1 pour parvenir à l'observateur. Quelques instants plus tard, le camion se déplaçant, le son de la sirène devra parcourir une distance d2 plus petite que d1. L'effet Doppler a lieu également lorsque le camion de pompiers s'éloigne.
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Doc. 3
Avertisseurs sonores des véhicules d'urgence.
Les sirènes des véhicules prioritaires sont des avertisseurs sonores à deux tons, c'est-à-dire que deux notes de hauteurs différentes sont jouées par la sirène. Les notes varient en fonction du véhicule : police (ré-la), gendarmerie (ré-si), SAMU (fa-la) et les pompiers (si (488 Hz) et la (435 Hz)). La hauteur d'un son correspond à sa fréquence mesurée en hertz. Plus la fréquence du son est grande, plus le son est aigu. Plus elle est petite, plus le son est grave.
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Doc. 4
Évolution de la fréquence perçue de la sirène en fonction de la vitesse du véhicule lorsque le camion de pompiers se rapproche.
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Doc. 5
Évolution de la fréquence perçue de la sirène en fonction de la vitesse du véhicule lorsque le camion de pompiers s'éloigne.