Effet doppler

L’effet doppler

 

 

Biographie de Christian Doppler

 

Christian Andreas Doppler (Salzbourg, 29 novembre 1803 - Venise, 17 mars 1853) était un mathématicien et un physicien autrichien, célèbre pour sa découverte de l’effet Doppler. Après avoir fait ses études à l’Université de Vienne, il devient assistant-professeur dans ce même établissement. En 1842 il publia un article décrivant ce phénomène et 3 ans plus tard une expérience confirma sa théorie : 15 trompettistes furent placés dans un train et les expérimentateurs se placèrent au bord de la voie. Quand le train arriva, les trompettes retentirent et la hauteur des sons émis sembla diminuer quand le train fut passé.

 

En 1850, il fonde l'Institut de Physique de l'Université de Vienne dont il est le seul professeur et le premier directeur. Atteint d'une affection pulmonaire, la tuberculose, il quitte ses fonctions en 1852.

 

Introduction

 

Découvert indépendamment par  Christian Doppler en 1842, puis six ans plus tard par Hippolyte Fizeau, l'effet Doppler, parfois également appelé effet Doppler Fizeau, est la variation apparente de la fréquence d'une onde émise par une source en mouvement par rapport à un observateur. Ce phénomène physique explique simplement pourquoi par exemple la sirène d'une ambulance paraît plus aiguë quand elle s'approche et plus grave quand elle s'éloigne. L'effet Doppler s'applique à tous types d'ondes : sonores, ultrasonores, lumineuses, de surfaces sur l'eau.

 

Qu’est ce que « l’effet doppler » ?

 

 1 - Définition

 

L’effet Doppler est le décalage de fréquence d’une onde entre la mesure à l’émission et la mesure à la réception lorsque la distance entre l’émetteur et le récepteur varie au cours du temps. C'est un phénomène assez courant que l'on rencontre presque tous les jours sans pour autant qu’on s’en rende compte. Par exemple, on pourra expliquer grâce à cet effet pourquoi la sirène d'une ambulance paraît plus aiguë lorsqu'elle s'approche d'un observateur et plus grave si elle s'éloigne de lui. De la même façon, on pourra expliquer pourquoi une voiture de formule 1 qui passe près de nous a un son strident, voir aigu, et lorsqu'elle s'éloigne, la hauteur du son semble décroître.

Voici l’illustration du principe :

 

 

 

2 – Explication physique

 

Une personne est debout dans l’eau, au bord du rivage. Des vagues lui arrivent sur les pieds toutes les dix secondes. La personne marche, puis court en direction du large : elle va à la rencontre des vagues, celles-ci l’atteignent avec une fréquence plus élevée (par exemple toutes les huit secondes, puis toutes les cinq secondes). La personne fait alors demi-tour et marche puis court en direction de la plage ; les vagues l’atteignent avec une fréquence moins élevée, par exemple toutes les douze, puis quinze secondes.

La fréquence des vagues ne dépend pas du mouvement de la personne par rapport à l’eau (elle est notamment indépendante de la présence ou non d’un courant), mais du mouvement de la personne par rapport à l’émetteur des vagues (en l’occurrence un lieu au large où le courant s’oppose au vent).

De manière inverse, on peut imaginer une source mobile de vagues, par exemple un aéroglisseur dont le jet d’air générerait des vagues à une fréquence régulière. Si l’aéroglisseur se déplace dans une direction, alors les vagues sont plus resserrées vers l’avant du mouvement et plus espacées vers l’arrière du mouvement ; sur un lac fermé, les vagues frapperont la berge à des fréquences différentes.

Quand une source sonore se rapproche d'un observateur il y a une compression des ondes sonores ; la longueur d'onde perçue est plus courte et le son émis semble plus aigu.

Quand une source sonore s'éloigne d'un observateur il y a une décompression des ondes sonores ; la longueur d'onde perçue est plus longue et le son émis semble plus grave.

Cet effet est utilisé pour mesurer une vitesse. Il est d’une grande importance en astronomie, en médecine …

 

 

Illustration avec l’exemple du camion :

 

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