L'effet Doppler

L'effet Doppler est un phénomène physique qui explique la variation apparente de la fréquence d'une onde émise par une source en mouvement par rapport à un observateur immobile.

Peut-être as-tu remarqué que le son d’une ambulance s’approchant de toi est toujours plus aigu que lorsque ce véhicule s’éloigne de toi ?

Cette différence s’explique par le fait que l’émetteur du son, l'ambulance, et son récepteur, en l'occurence toi, ne se déplacent pas à la même vitesse. Si tu as déjà embarqué dans une ambulance, tu sais que le son conserve la même intensité peu importe la vitesse du véhicule puisqu’installé dans ce dernier, tu te déplaçes à la même vitesse que lui.

Supposons que l’ambulance émette son signal à une fréquence constante, mais en restant immobile. L’animation suivante représente une ambulance immobile.

Tu constateras que la distance séparant les ondes devant et derrière l’ambulance sont à la même distance. On pourra donc en conclure le son devant et le son derrière l’ambulance immobile seront perçus de la même façon.

Maintenant, observons la perception du son d’une ambulance en mouvement.


Tu pourras remarquer sur cette animation que les ondes sont plus rapprochées devant l’ambulance. Cela aura pour conséquence qu’un observateur immobile percevra une fréquence plus rapide et donc, un son plus aigu. Par contre, derrière l’ambulance, les ondes sont plus distancées. Par conséquent, lorsque l’ambulance s’éloigne d’un observateur immobile, cet observateur recevra une fréquence plus lente et donc, un son plus grave.

Équation de l’effet Doppler

L’équation suivante permet de déterminer la vitesse d’un objet.

 

Convention de signe

La vitesse de l’observateur est positive si l’observateur se dirige vers la source, mais elle sera négative s’il s’en éloigne.

La vitesse de la source est positive si elle se dirige vers l’observateur, mais sera négative si elle s’en éloigne.

 

Un train circulant vers la droite siffle avec une fréquence de 700 Hz pour annoncer son arrivée à un passage à niveau. Un cycliste déjà au passage à niveau, allant lui aussi vers la droite, circule à une vitesse de 15 m/s et perçoit le son à une fréquence de 800 Hz. Quelle est la vitesse du train ?
Solution :



La vitesse de la source (le train) était donc de +56 m/s. Le signe positif nous rappelle que le train se dirigeait vers le cycliste (qui était déjà à l’intersection au début du problème).

 

Ce phénomène s'applique à tous les types d'ondes: sonores, lumineuses, surface de l'eau, etc.

Les exercices

Les références

L'effet Doppler


  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse