Fiche de révision : L’effet Doppler

📋 Plan du Cours

1. Fréquence et longueur d’onde
2. Principe de l’effet Doppler
3. Déplacement de la source sonore
4. Décalage Doppler et mesure
5. Applications de l’effet Doppler
6. Effet Doppler-Fizeau en astrophysique
7. Fréquence perçue selon le mouvement

📖 1. Fréquence et longueur d’onde

🔑 Notions clés & Définitions

• Longueur d’onde : Distance entre deux ondulations successives, exprimée en mètres.

★ À maîtriser

📐 Formule - La fréquence et la longueur d’onde sont liées par $f = \frac{v_{onde}}{\lambda}$, où $v_{onde}$ est la célérité de l’onde.

Compléments

📌 Un son aigu a une fréquence supérieure à celle d’un son grave.

💡 Astuce mémo

Longueur d’onde courte : fréquence élevée ; longueur d’onde longue : fréquence basse.

📖 2. Principe de l’effet Doppler

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet Doppler : Variation de fréquence perçue d’une onde mécanique ou électromagnétique émise à la fréquence fₑ lorsque l’émetteur et le récepteur sont en déplacement l’un par rapport à l’autre.

📝 Points essentiels

• L’effet Doppler a été prévu par C. Doppler en 1842, puis confirmé expérimentalement par C. Buys-Ballot en 1845.

📖 3. Déplacement de la source sonore

★ À maîtriser

• Quand une source sonore s’approche d’un observateur, les fronts d’onde se resserrent, la longueur d’onde perçue diminue et la fréquence perçue augmente.

• Quand une source sonore s’éloigne d’un observateur, les fronts d’onde s’écartent, la longueur d’onde perçue augmente et la fréquence perçue diminue.

Compléments

• Lorsque l’émetteur est immobile, des observateurs immobiles perçoivent des ondes de même longueur d’onde, égale à $\lambda = \frac{v}{fₑ}$.

💡 Astuce mémo

Approche : ondes resserrées ; éloignement : ondes écartées.

📖 4. Décalage Doppler et mesure

🔑 Notions clés & Définitions

• Décalage Doppler : Le décalage Doppler est la différence entre la fréquence perçue par l’observateur et la fréquence émise par la source.

📝 Points essentiels

📌 Le décalage Doppler est positif si la source se rapproche et négatif si elle s’éloigne.

• La comparaison entre la fréquence émise et la fréquence perçue permet notamment de déterminer la vitesse de l’émetteur par rapport au récepteur, ce qui fait de l’effet Doppler une méthode de mesure de vitesse.

📐 Formule - Pour une onde réfléchie par un objet en mouvement vers un récepteur fixe par rapport à l’émetteur, le décalage Doppler en valeur absolue vérifie $|\Delta f| = 2 \times \frac{v}{v_{onde}} \times f_{emise}$.

📖 5. Applications de l’effet Doppler

📝 Points essentiels

• Les applications de l’effet Doppler comprennent : le radar routier, l’astronomie pour mesurer la vitesse des étoiles, le radar météo, le sonar, le Doppler sanguin pour mesurer la vitesse du flux sanguin, l’échographie Doppler

📖 6. Effet Doppler-Fizeau en astrophysique

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet Doppler-Fizeau : Application de l’effet Doppler en astrophysique, où le mouvement d’une étoile modifie la fréquence et la longueur d’onde de son spectre lumineux observé depuis la Terre.

★ À maîtriser

📌 Quand une étoile s’approche de la Terre, la fréquence observée est supérieure à la fréquence émise et la longueur d’onde observée est plus courte : le spectre présente un blueshift.

📌 Quand une étoile s’éloigne de la Terre, la fréquence observée est inférieure à la fréquence émise et la longueur d’onde observée est plus grande : le spectre présente un redshift.

Compléments

• L’observation d’étoiles dans des galaxies lointaines, constatées comme s’éloignant toutes de la Terre, a contribué à faire naître l’idée de l’expansion de l’Univers, associée à la loi de Hubble de 1929.

• L’effet Doppler-Fizeau permet également de détecter des exoplanètes massives.

💡 Astuce mémo

Blueshift pour une étoile qui approche ; redshift pour une étoile qui s’éloigne.

📖 7. Fréquence perçue selon le mouvement

📝 Points essentiels

• Lorsque la voiture est à l’arrêt, l’observateur perçoit la même fréquence que celle émise par la voiture.