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l'effet Doppler; démonstration

Posté par
yuna
13-10-12 à 20:51

Bonjour à tous,

J'ai un DM de physique à rendre pour la semaine prochaine et il y a un exercice sur lequel je bloque.
voici l'énoncé :
La valeur de la vitesse d'un émetteur (E) s'éloignant d'un observateur immobile (B) peut être calculée par effet Doppler. On se propose de retrouver la relation liant les diverses grandeurs mises en jeu :
-f(e) est la fréquence du signal produit par l'émetteur
-f(b) est la fréquence du signal reçu par l'observateur
-V est la valeur de la vitesse de l'onde
-V(e) est la valeur de la vitesse de l'émetteur.
les valeurs des vitesses sont mesurées dans un référentiel terrestre et V(e)<<V.
voici les questions avec mes essais de réponses :
1) a la date t=0,  E est à la distance d de B et émet une onde. exprimer littéralement la date t1 au vout de laquelle le signal est perçu par B
réponse :t1= d/V

2) a) déterminer l'expression de la distance d(e) parcourue par l'émetteur pendant la période T(e) du signal émis.
réponse : d(e)=V*T(e)
b) a la date T(e), quelle est la distance entre E et B ?
réponse : d+d(e) est la distance entre E et B
c) a la date T(e), l'émetteur émet de nouveau une onde. A quelle date t2 l'observateur reçoit-il cette onde ?
réponse : t2=(d+d(e))/V

3) Quelle est la durée T(b) séparant deux signaux consécutifs captés par l'observateur? que représente T(b) ?
réponse : T(b) = t2-t1. T(b) représente la durée écoulée entre deux signaux : cest la périodicité temporelle.

4) a) exprimer la relation liant f(b), f(e), V et V(e) dans cette situation
réponse : V(e) = V*[(f(e)-f(b))/f(b)]
b)Quelle est l'expression littérale de la valuer de la vitesse V(e) de l'émetteur ?
réponse : V(e) = V*[1/T(e)-1/T(b)]/[1/T(b)]

voilà merci beaucoup à celui qui prendra le temps de m'aider.
bonne soirée

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 14-10-12 à 08:14

Bonjour,

Je vois au moins deux erreurs dans ce que tu proposes. Mais je pense que tu vas pouvoir les corriger facilement.

Question 1 :
Oui
t1 = d / V

Question 2a :
Non.
Erreur d'inattention ? Erreur de frappe ?
Je pense que tu peux corriger très facilement.

Question 2b :
Oui

Question 2c :
Non...

À la question 1, quand le signal est émis à t = 0, alors il est reçu à t1 = d / V

Mais à cette question le signal est émis à t = Te
Il est donc reçu à t2 = ...

Question 3
Oui
Tb = t2 - t1
Tb est la période du signal reçu par l'observateur immobile. La fréquence de ce signal sera donc fb = 1 / Tb

Questions 4a et 4b
Il faudra reprendre ces questions une fois les réponses aux questions 2a et 2c corrigées.

Posté par
yuna
merci 14-10-12 à 18:13

Tout d'abord merci beaucoup pour cette réponse,

alors pour la question 2a, je pense que c'est plutôt d(e)=V(e)/T(e)

pour la question 2c :
si on applique la formule t2=d/V mais la distance a changé entre la date t=0 et la date T(e) ...
je pense qu'il faut utiliser T(e)... mais pourriez-vous me donner un peu plus d'indices ?

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 14-10-12 à 18:21

Oui pour la question 2a.

Exemple :
Un signal est émis à t = 0 et met une minute pour te parvenir ; il arrive donc à t1 = 1 minute

Un signal est émis à t = 5 minutes et met 2 minutes pour te parvenir ; il arrive donc à t2 = ... minutes
_____________

Alors, que vaut pour cet exercice t2 ?

Posté par
yuna
re : l'effet Doppler; démonstration 14-10-12 à 18:26

j'ai un gros doute mais je dirais qu'il vaut t2=7minutes

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 14-10-12 à 18:29

Bien sûr que dans cet exemple ce serait 5 + 2 = 7 minutes !
__________

Alors, dans l'exercice maintenant (ce n'est pas plus difficile), que vaut t2 ?

Posté par
yuna
re : l'effet Doppler; démonstration 14-10-12 à 18:32

je dirais t2=T(e)+[(d+d(e))/V]
je me trompe ?

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 14-10-12 à 18:49



Tu ne te trompes pas !

Alors maintenant il faut reprendre les dernières questions avec ces nouvelles valeurs pour d(e) et t2

Posté par
yuna
re : l'effet Doppler; démonstration 14-10-12 à 18:56

ok par contre je n'ai pas vraiment compris la différence entre ces deux dernières questions.

pour la 4a :

si on prend la formule apprise du cours on a
V(e)=V*[(f(e)-f(b))/f(b)] et donc je peux remplacer f(b) et f(e) par f(b)=1/T(b) et f(e)=1/T(e) mais je n'utilise pas les valeurs de d(e) et t2....
pourrais-tu encore me donner des indices ?

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 14-10-12 à 19:04

À la question 4 tu dois redémontrer les formules du cours, donc tu n'as pas à les utiliser !

4a) il est assez facile d'exprimer maintenant f(b) en fonction de f(e), V et V(e)

4b) avec la relation démontrée en 4a et un peu d'algèbre, tu exprimes cette fois V(e) en fonction de V, f(e) et f(b)

Bien sûr cela doit redonner les mêmes formules que dans le cours, mais avec des notations assez différentes.

Posté par
yuna
re : l'effet Doppler; démonstration 14-10-12 à 19:38

alors j'ai essayé de faire un truc :

pour la question 4a
je suis partie de f(b)=1/T(b)
j'ai remplacé T(b) par t2-t1 et ensuite t2 par T(e)+[d(e)+d]/V] et au final cela donne
f(b)=1/[(1/f(e))+(d(e)/V]
mais le seul problème c'est que je n'ai pas V(e) dans la relation...

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 14-10-12 à 20:57

Tu n'as pas V(e) parce que tu as encore conservé d(e)
Il faut remplacer d(e) par sa valeur (c'est à cela que sert la question 2a...)

Posté par
yuna
re : l'effet Doppler; démonstration 15-10-12 à 20:03

bonjour

alors grâce à votre aide je crois avoir trouvé la réponse pour la 4a et la 4b :

pour la 4a : j'obtiens comme résultat final
f(b)= [V*f(e)]/[V+V(e)]

grâce à cela, j'ai exprimé, comme vous me l'aviez dit, V(e) en fonction d f(e), f(b) et V
et donc j'obtiens V(e) = V*[f(e)-f(b)]/f(b)
cela me paraît possible puisque c'est la formule du cours...
Ais-je bien fait ?

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 15-10-12 à 20:28



Tu as très bien fait !

Posté par
yuna
re : l'effet Doppler; démonstration 17-10-12 à 21:32

merci beaucoup pour votre aide

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 18-10-12 à 08:07

Je t'en prie.
À une prochaine fois !

Posté par
Mathilde38
re : l'effet Doppler; démonstration 01-11-12 à 19:47

Salut !

pourquoi est-ce v.fe/v+ve...
je dois trouver v-ve dans mon énoncé....

Posté par
Mathilde38
re : l'effet Doppler; démonstration 01-11-12 à 19:49

c'est peut etre pour moi t2= (D-de)/v +Te.....

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 01-11-12 à 19:52

Ta question de 19 h 47 :
Parce que dans cet exercice on ne considère que le cas de la source qui s'éloigne de l'auditeur.
_____________

Je ne comprends pas ce que tu as voulu dire à 19 h 49

Posté par
Mathilde38
re : l'effet Doppler; démonstration 01-11-12 à 19:58

puisque mon énoncé, on s'approche, alors c'est peut être pas d+de, mais d-de, vue que d est moins grand....
c'est logique en fait, la distance d est réduite par l'avancée de....

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 01-11-12 à 19:59

Mais oui. C'est logique, comme tu le dis.

Posté par
pumpina
l'effet Doppler; démonstration 07-11-12 à 18:51

  Bonjour, j'aimerais être un peu plus éclairée pour la question 4)a. SVP.
Je trouve bien le resultat posté par Mathilde38, mais il ne correspond pas à la formule de mon cours :
                                  f(a)=f(e).[1+(v(e))/c]
avec f(a): la frequence percue par l'observateur
     f(e): la frequence émise par l'emeteur
     v(e):la vitesse de l'emetteur            
     c: la célérité de l'onde

En effet, lorsque je développe cette formule si je ne me trompe pas je trouve f(a)=[f(e).(v(e)+v)]/v
Qu'est ce que je dois faire??  EST-CE QUE QUELQU'UN PEUT M'AIDER SVP??

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 07-11-12 à 19:52

Bonsoir,

La "formule de ton cours" correspond à un autre cas
Elle correspond au cas où l'observateur se déplace vers la source avec la vitesse v(e)

Posté par
pumpina
re : l'effet Doppler; démonstration 07-11-12 à 20:59

merci beaucoup de m'avoir repondu, mais justement il est clairement precise ds mon cours: "considerons une sce  qui se deplace à la vitesse v(e) d'un recepteur fixe... je suis vraiment perdue

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 07-11-12 à 21:18

La formule générale est la suivante :

\Large f_r\,=\,f_s.\frac{c\,-\,v_r}{c\,-\,v_s}

f_r : fréquence reçue par le récepteur
f_s : fréquence émise par la source

À la condition de compter positivement une vitesse orientée dans le sens de propagation des ondes et négativement une vitesse orientée en sens opposé.

En utilisant les modules des vitesses
v_s : vitesse de la source
v_r : vitesse du récepteur

on peut appliquer la formule générale aux cas suivants :

1) la source est immobile
1a) le récepteur est immobile
\large f_r\,=\,f_s

1b) le récepteur se rapproche de la source
\Large f_r\,=\,f_s.\frac{c\,+\,v_r}{c}

1c) le récepteur s'éloigne de la source
\Large f_r\,=\,f_s.\frac{c\,-\,v_r}{c}


2) la source se déplace vers le récepteur
2a) le récepteur est immobile
\Large f_r\,=\,f_s.\frac{c}{c\,-\,v_s}

2b) le récepteur se rapproche de la source
\Large f_r\,=\,f_s.\frac{c\,+\,v_r}{c\,-\,v_s}

2c) le récepteur s'éloigne de la source
\Large f_r\,=\,f_s.\frac{c\,-\,v_r}{c\,-\,v_s}


3) la source s'éloigne du récepteur
3a) le récepteur est immobile
\Large f_r\,=\,f_s.\frac{c}{c\,+\,v_s}

3b) le récepteur se rapproche de la source
\Large f_r\,=\,f_s.\frac{c\,+\,v_r}{c\,+\,v_s}

3c) le récepteur s'éloigne de la source
\Large f_r\,=\,f_s.\frac{c\,-\,v_r}{c\,+\,v_s}


Sauf erreur...

Posté par
pumpina
re : l'effet Doppler; démonstration 07-11-12 à 21:28

tout s'explique maintenant!!! mais j'ai toujours un problème... mon prof risque de me reprocher de n'avoir pas utiliser son cours??? se serait-elle trompée?? car les deux formules (celle de mon prof et celle que vs m'avez donné) ne semblent pas être les mêmes!!! je me trompe??

PS: merci pr les formules

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 07-11-12 à 21:30

Il m'est impossible de répondre : je n'étais pas au cours !

Posté par
pumpina
re : l'effet Doppler; démonstration 07-11-12 à 21:43

bon bin je verrai avec la prof...
UN GRAND MERCII ENCORE POUR VOS EXPLICATIONS!!! C'etait tres sympa... Bonne soirée

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 07-11-12 à 21:44

Je t'en prie.
À une prochaine fois !

Posté par
Angelique
re : l'effet Doppler; démonstration 09-11-12 à 15:13

Bonjour ,
je ne comprends pas pourquoi d(e)= V(e)/T(e) dans la 2a ... pourriez-vous m'éclairer svp

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 09-11-12 à 16:18

Bonjour,

Oui, c'est une erreur, mais qui a été corrigée dans la suite.

d(e) = V(e).T(e)

Merci !

Posté par
Angelique
re : l'effet Doppler; démonstration 10-11-12 à 11:03

Merci et est ce que vous pourriez m'expliquer la 2 c je n'arrive vraiment pas à comprendre ...

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 10-11-12 à 11:24

Début d'une période à t = 0
à cet instant t = 0 la distance entre l'émetteur E et l'observateur B est d
puisque l'onde se propage à la vitesse V
l'observateur reçoit ce début de période à l'instant t1 = d / V
_____________

Début de la période suivante à t = T(e)
à cet instant l'émetteur s'est déplacé et n'est plus à la distance d
l'énoncé dit qu'il s'est éloigné
puisqu'il s'est éloigné pendant une durée T(e) et qu'il se déplace à la vitesse V(e) il a bougé de d(e) = V.T(e)
si bien qu'il est maintenant à la distance d + d(e) = d + V.T(e) de l'observateur
Ce début de seconde période va parvenir à l'observateur en [d + V.T(e)] / V

comme ce signal est parti à l'instant T(e) et qu'il met une durée [d + V.T(e)] / V pour parvenir à l'observateur, il lui parvient à l'instant t2 tel que
t2 = T(e) + [d + V.T(e)] / V = T(e) + [d + d(e)] / V

D'accord ?

Posté par
maxijau
re : l'effet Doppler; démonstration 10-11-12 à 20:09

bonsoir,
je comprend pas comment exprimer 4a) ... Pouvez vous m'éclairer?
Merci d'avance  

Posté par
Angelique
re : l'effet Doppler; démonstration 10-11-12 à 20:23

Je pense avoir compris merci bcp pour ces expliquations !
Vue que dans mon énoncé l'émetteur s'approche d'un observateur immobile t2= T(e) + [d-d(e)]/v  ?

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 10-11-12 à 20:26

Exact !

Posté par
Angelique
re : l'effet Doppler; démonstration 10-11-12 à 20:35

Merci
Donc pour la 4 a c'est fA=(v/1-v(e)) ?

Posté par
Angelique
re : l'effet Doppler; démonstration 10-11-12 à 20:37

Pardon je voulais marquer fA= F(e) (v/1-v(e))

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 10-11-12 à 20:40

Angelique >>
Si je comprends ton exercice pour lequel l'observateur serait immobile et la source se rapprocherait... tu devrais trouver le cas 2a de mon message ci-dessus (du 7/11 à 21 h 18)

Posté par
Angelique
re : l'effet Doppler; démonstration 10-11-12 à 21:02

Oui vous avez bien compris mais je trouve autre chose ...

FA= 1/TA = 1/ t2-t1
FA=1 /[(T(e)+(d-d(e)-d)/v]
FA= v/(T(e)-d(e))
FA=V/[(1/f(e))-(1/f(e)*V(e))]
FA= V/(1-V(e))/(f(e))
FA= V*f(e)/ (1-v(e))
FA= f(e)(v/1-v(e))

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 10-11-12 à 21:18

La deuxième ligne est juste

La troisième ligne est fausse

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 10-11-12 à 21:30

TA = t2 - t1

TA = T(e) + (d - v(e).T(e))/v - d/v

TA = T(e) + d/v - v(e).T(e)/v - d/v

TA = T(e) - v(e).T(e)/v

TA = T(e).[1 - v(e)/v]

TA = T(e).[v - v(e)]/v

FA = F(e).v/[v - v(e)]

Posté par
Angelique
re : l'effet Doppler; démonstration 10-11-12 à 22:59

Ah mais ouiii ! Merci pour tous !

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 11-11-12 à 07:27

Je t'en prie.
À une prochaine fois !

Posté par
Zanpat
re : l'effet Doppler; démonstration 16-11-12 à 22:47


Bonsoir à tous
Je bute sur la question 2c).
J'ai lu vos réponses et je comprends le raisonnement des "5+2minutes = 7 minutes" mais je ne vois pas le lien avec l'exercice ! Je ne comprends pas l'apparition du Te dans l'expression de t2...

Pour la question 1): à la date t=0 l'émetteur se situe à une distance d du récepteur. Le signal émis parcourt donc la distance d avec une vitesse V pour arriver jusqu'aux oreilles du récepteur. Il mettra donc un temps t1=d/V pour arriver au récepteur.

Pour la question 2c) et avec le même type de raisonnement(sachant que dans mon énoncé la voiture se rapproche) : à la date t=T(e), l'émetteur se situe à une distance d-d(e) du récepteur.Le nouveau signal émis parcourt donc la distance d-d(e), avec une vitesse V pour arriver jusqu'au récepteur. Pour moi on aurait donc t2 = [d-d(e)]/V.
Ou est ce que ça cloche ?! Je désespère de ne pas trouver  Merci d'avance pour le coup de main !

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 17-11-12 à 07:38

Bonjour,

Ce serait bien de voir le lien avec l'exercice !

Un signal est émis à t = 0 s et met deux minutes pour arriver à un observateur : il arrive à t1 = 2 min

Un second signal est émis une heure plus tard et ne met qu'une seule minute pour arriver au même observateur. Aucun doute, il n'arrive pas à t2 = 1 min mais à t2 = 1 h 1 min !
______________

Il faut tenir compte non seulement de la durée de propagation mais aussi de l'instant de départ pour connaître l'instant d'arrivée.

Posté par
Zanpat
re : l'effet Doppler; démonstration 17-11-12 à 10:46

Désolée je n'ai pas été tres claire, l'énoncé est en fait exactement le même à cette phrase prêt : "La valeur de la vitesse d'un émetteur (E) se rapprochant d'un observateur immobile (A) peut être calculée par effet Doppler. On se propose de retrouver la relation liant les diverses grandeurs mises en jeu".
En tout cas merci beaucoup pour l'explication j'ai enfin compris ! Le signal est émis T(e) secondes plus tard, donc pour connaitre son temps d'arrivée il faut prendre en compte ce temps T(e) + le temps que mettra le signal à parcourir la distance qui le sépare de l'observateur immobile. Merci encore !! Bonne journée

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 17-11-12 à 10:52

Ouf !
___________

Je t'en prie et à une prochaine fois !

Posté par
Julie
re : l'effet Doppler; démonstration 26-12-12 à 17:37

Bonjour, j'ai un gros problème pour le 4) a)
je le retourne dans tous les sens mais ca ne marche pas.
En regardant ce que vous avez écrit je ne comprend pas ce passage :

TA = T(e) + v(e).T(e)/v
TA = T(e).[1 + v(e)/v]

Merci de votre aide

Posté par
Coll Moderateur
re : l'effet Doppler; démonstration 26-12-12 à 17:43

Bonjour,

Ça alors... mise en facteur de T(e), tout simplement !

TA\;=\;T(e) \,+\,T(e).\frac{v(e)}{v}\;=\,T(e)\left[ 1\;+\;\frac{v(e)}{v}\right]

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