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Remarque disambigua.svg homonymie - "Doppler" voir ici. Si vous êtes à la recherche d'autres utilisations, voir Doppler (désambiguïsation).
effet Doppler
Une source d'ondes se déplaçant vers la gauche. Les augmentations de fréquence dans à du mouvement.
Le son émis par la sirène

L 'effet Doppler est un phénomène physique qui consiste dans le changement, par rapport à la valeur d'origine, fréquence ou longueur d'ondes perçue atteint par un observateur d'un 'vague émis par une source qui est en mouvement par rapport à l'observateur lui-même.

Si la source et l'observateur se déplacent à la fois par rapport au milieu de propagation des ondes, l'effet total de Doppler est dérivée de la combinaison des deux mouvements. Par conséquent, chacun d'entre eux est analysé séparément.

histoire

L'effet a été analysé pour la première fois depuis Christian Andreas Doppler en 1845. puis il a procédé pour vérifier son analyse dans une expérience célèbre était à côté de la voie ferrée, et a écouté le son émis par une voiture de musiciens, loué pour l'occasion, alors qu'il approchait, puis comme il est parti. Il a confirmé que le terrain était plus élevé lorsque la source du son était à venir, et le plus bas quand il s'écartait, le montant prévu. Hippolyte Fizeau découvert de façon indépendante les mêmes effets ondes électromagnétiques en 1848 (en France, l'effet est parfois appelé « l'effet Doppler-Fizeau »).

l'observation directe du phénomène: la sirène et le train

L'effet Doppler peut être vu écouter la différence dans le son émis par la sirène d'un véhicule d'urgence à l'approche et en se éloignant, ou que le coup de sifflet d'un train qui approche avant et loin alors. L'effet est d'autant plus évident que le plus le milieu est rapide. L'effet est encore plus évidente lorsque l'objet ou d'une source qui émet le son est proche d'un observateur.

Explication du phénomène

Il est important de noter que la fréquence du son émis par la source ne change pas dans le système de référence fixe à la source. Pour comprendre ce phénomène, nous considérons l'analogie suivante: si nous sommes encore sur la plage, on voit des vagues arrivant toutes les cinq secondes suppose, puis à un certain fréquence; si maintenant nous entrons dans l'eau et la voile vers la mer, nous rencontrons les vagues, donc nous rencontrons plus fréquemment (fréquence augmente), alors que si la voile vers le rivage, dans la même direction des vagues, la fréquence avec laquelle on rencontre diminue. Prenons un autre exemple: Quelqu'un lance une balle à chaque seconde dans notre direction. Nous partons du principe que les balles voyagent avec vitesse constante. Si la personne qu'il est bloqué, nous allons recevoir une balle à chaque seconde. Mais, si vous vous déplacez à la place dans notre direction, nous recevrons le plus grand nombre dans la même période (c.-à-un fréquence plus), parce qu'ils seront moins espacés. Au contraire, si elle se déplace loin que nous recevrons moins par unité de temps. Ce qui change est donc la fréquence dans le système de référence du détecteur; en conséquence, le change pas perçu.

effet Doppler diagrammatic.svg

Si une source éloigne il émet des ondes avec fréquence fa, puis un observateur fixe (par rapport au milieu de transmission) percevra les ondes avec une fréquence f ' donnée par:

tandis que si vous approchez:

v est le vitesse des ondes dans le milieu et vs, r est la vitesse de la source par rapport au support (en considérant que la composante dans la direction qui relie la source et de l'observateur). En termes relatifs, vous pouvez également écrire:

Cette formule est équivalente à celle la plus couramment utilisée dans spectroscopie dans les mesures astronomiques pour calculer la vitesse và l'enlèvement d'une source de lumière, sur la base de l'augmentation de sa longueur d'onde, à savoir le déplacement de la couleur vers le rouge (voir figure ci-dessous et « produits connexes », décalage vers le rouge, décalage vers le bleu):

où c est la vitesse de la lumière dans le vide, '= Λ' AX - X
et λ0 Il est la longueur d'onde de l'onde au repos dans une ligne spécifique d'un élément chimique donné, préalablement mesurée au laboratoire.

Mouvement de la source

Considérons une onde sphérique émise par une source ponctuelle et sa longueur d'onde λ0 qui est la distance entre deux fronts d'ondes successives qui sont dans la même phase, par exemple deux maxima.
La relation entre la fréquence fa , la période T0 = 1 / f et la vitesse v la propagation des ondes applique:

Si la source est en mouvement avec la vitesse vs par rapport à l'observateur (sujet),
ladite θ l'angle entre la vitesse et la direction orientée vers l'opérateur, et ledit vs, rv =scos le composant de l'observateur dans la direction de la vitesse,
dans le temps T0, qui passe entre un front d'onde et l'autre, la source se rapproche de l'observateur par une distance égale à vs, rT0. La distance entre les deux fronts, dans la direction de l'observateur, est raccourcie par ce montant et par conséquent la longueur d'onde détectée devient plus petit et applique ce qui suit:

La période substituant T0 la formule équivalente λ / v , nous avons:

et aussi:

De même, le passage des fréquences, en mettant au lieu de et au lieu de , nous avons:

à savoir:

et aussi:

Moto observateur

Une analyse similaire pour un observateur en mouvement et une source stationnaire fournit la fréquence observée (la vitesse de l'observateur est indiqué comme vos):

Dans ce cas, l'observateur en mouvement vers la source reçoit un plus grand nombre de fronts d'onde dans le même intervalle de temps et reçoit une plus grande fréquence: plus précisément, dans un temps égal à une seconde, l'observateur en mouvement reçoit, en plus le nombre fa0=v / λ0 des trains d'ondes émis par la source, même un certain nombre de trains d'ondes égale à vos/ λ0=vos• f0/ v.

Formule générale

D'une manière générale, est donnée la fréquence observée par:

vos est la vitesse de l'observateur, vs, r est la vitesse de la source, vm est la vitesse du véhicule, et toutes les vitesses sont positifs si dans la même direction le long de laquelle l'onde se propage, ou négative si, dans la direction opposée.

La première tentative d'étendre l'analyse du Doppler aux ondes lumineuses a été faite peu après par Fizeau. Mais les ondes lumineuses ne nécessitent pas un moyen de se propager, et un traitement effet Doppler correct pour la lumière nécessite l'utilisation de relativité restreinte (voir effet Doppler relativiste). Dans le cas des ondes mécaniques, telles que les scores, le milieu dans lequel les ondes se propagent identifie un système de référence privilégié. Par conséquent, il existe une différence physique entre le cas dans lequel l'observateur est fixe et la source en mouvement, et vice versa celle dans laquelle la source est fixe et l'observateur en mouvement. Pour la lumière, cependant, tous les systèmes de référence sont physiquement équivalents. Dans l'expression décalage Doppler relativiste doit dépendre que de la vitesse relative de la source et de l'observateur.[1]

applications

la vie quotidienne

effet Doppler
L'effet Doppler sur les ondulations autour d'un cygne

La sirène d'ambulance commenceront à être perçu ton plus haut qui doit cesser, il se calmera quand il passe près de l'observateur, et continuera de décroître dans son ton aussi ferme que se éloigne de l'observateur. L'astronome amateur John Dobson Il a décrit l'effet de cette manière:

« La raison pour laquelle le pas d'un changement de sirène vous que ne frappez pas. »

En d'autres termes, si la sirène approchait directement vers l'observateur, le ton restera constant (même si plus que l'original) pour atteindre l'observateur, et passer immédiatement à un ton plus bas une fois qu'il avait passé la ( à condition que l'observateur était encore capable de l'entendre). Depuis, normalement, la sirène passe à une certaine distance de l'observateur, son vitesse radiale change continuellement, en fonction de l'angle entre la ligne de visée et le vecteur vitesse de la sirène de l'observateur:

vs Il est la vitesse de la sirène par rapport au support de transmission, et Il est l'angle entre la direction du mouvement de la sirène et la ligne de visée entre la sirène et l'observateur.

astronomie

L'effet Doppler, appliqué aux ondes lumineuses, il est essentiel dans la astronomie radar. L'interprétation comme en raison d'un mouvement réel de la source (il y a aussi d'autres interprétations, mais moins largement utilisé), a été utilisé pour mesurer la vitesse avec laquelle étoiles et galaxies approchant ou éloigne de nous, de trouver qu'une étoile apparemment unique est, en fait, un étoile binaire avec des composants très proches les uns des autres, et aussi de mesurer la vitesse de rotation des étoiles et des galaxies.

L'utilisation de l'effet Doppler en astronomie est basée sur le fait que la spectre électromagnétique émis par les objets célestes n'est pas continue, mais elle montre la raies spectrales à des fréquences bien définies, en relation avec l'énergie nécessaire pour exciter le électrons de divers éléments chimique. L'effet Doppler est reconnaissable lorsque les raies spectrales ne se trouvent pas sur les fréquences obtenues en laboratoire, en utilisant une source stationnaire. La différence de fréquence peut être traduit directement en vitesse en utilisant des formules appropriées.

Depuis les couleurs des sièges aux deux extrêmes du spectre visible Je suis bleu (Pour plus courtes longueurs d'onde) et le rouge (Pour des longueurs d'onde), l'effet Doppler est souvent appelé en astronomie décalage vers le rouge diminue lorsque la fréquence de la lumière, et décalage vers le bleu si les augmentations.

L'effet Doppler a conduit au développement des théories sur la naissance et l'évolution des 'univers comme Big Bang, sur la base systématique décalage vers le rouge montré par presque toutes les galaxies. Cet effet a été codé dans le La loi de Hubble.

L'effet Doppler est également une preuve de l'expansion continue de l'univers. Nous considérons en fait une étoile: le contrôle de sa vague de longueur d'onde remarquerez qui se déplace toujours plus vers le rouge. Cela signifie que sa longueur d'onde est augmentée et, par conséquent l'étoile est toujours plus éloigné de nous. Cela indique que l'univers est en expansion constante et chaque élément tend à se déplacer loin de tout, toujours plus la longueur d'onde d'étirement.

le radar

effet Doppler
Radar météorologique Doppler
icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Radar Doppler.

L'effet Doppler est également utilisé dans certaines formes de radar pour mesurer la vitesse des objets détectés. Un faisceau radar est tiré sur un objet en mouvement, par exemple une voiture, dans le cas du radar fourni aux forces de police de nombreux pays du monde. Si l'objet se déplace loin du radar de l'appareil, chaque vague de retour a dû voyager un plus grand espace de l'année précédente pour atteindre l'objet et à l'arrière, de sorte que l'espace entre deux vagues successives devient plus longue, et la fréquence des ondes radio changements mesurablement. En utilisant les formules de l'effet Doppler remonte à la vitesse de l'objet. Ce type de radar est largement utilisé pour les prévisions météorologiques, car ils permettent d'identifier avec la distance de précision, la vitesse et la direction des fronts de nuages.

médecine

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: L'échographie Doppler.
effet Doppler
flux Eco-Doppler mètre courant

L'effet Doppler est également utilisé en médecine pour la détection de la vitesse d'écoulement du sang. Ce principe est exploité par Eco-Doppler Débitmètre (ADV, à savoir vélocimètre acoustique Doppler), dans lequel une source d'ondes acoustiques, généralement des ultrasons, est orientée de manière appropriée. Ces ondes acoustiques sont ensuite réfléchis par une nouvelle fréquence, en fonction de la vitesse des particules de vecteur, le sang détectés et retravaillés de manière à obtenir une telle mesure de la vitesse.

Une autre application est imageur laser à effet Doppler, Il est utilisé en particulier pour des études sur l'angiogenèse, la dysfonction endothéliale, les ulcères de la peau, pour l'évaluation de produits pharmaceutiques ou cosmétiques pour application locale, pour l'étude des brûlures.

musique

Il existe des instruments de musique [2] qui utilisent l'effet Doppler pour faire des effets spéciaux onomatopéique; telle que l'embrayage de rotation de tambour qui en Romagne est appelé « grenouille d'arbre »;[3]. Pour ce type d'instruments Fabio Lombardi nous devons les observations sur la sortie sonore accentue l'effet Doppler[4]: Lorsque le petit tambour tourne, l'auditeur perçoit deux pics de fréquence progressivement modulé et alternativement vers le haut et vers le bas, à l'effet mentionné ci-dessus, ce qui conduit à un son similaire à grenouille croassant d'où le nom l'instrument de jouet[5].

notes

  1. ^ Bruno Rossi, optique, MASSON, 1988, p. 281, ISBN 88-214-0518-4.
  2. ^ Organologique et ethno parlant organologique, compte tenu instrument de musique tout objet qui produit un son intentionnel.
  3. ^ Mais semblable à d'autres en Italie - comme « Mumusu » sarde ou « Rùocciula » calabraise
  4. ^ Guizzi, 2002, p. 74 et la note 12.
  5. ^ Lombardi, chansons folkloriques et instruments de la Romagne Bidentina, 2000, pp. 200-202.

bibliographie

  • H. D. Evans et W. N. McDicken, L'échographie Doppler, deuxième édition, John Wiley and Sons, 2000.

Articles connexes

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liens externes

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