Fiche descriptive de l’activité

Titre : Mettre en évidence l’effet Doppler - Mesurer le décalage de la fréquence pour estimer la vitesse d’un véhicule

Classe : TS Durée : 30 min

Type d’activité (expérimentale, documentaire, …) : activité expérimentale

Contexte d’utilisation :

en classe entière en TP à la maison en accompagnement personnalisé

Extrait du programme relatif à l’activité : Notions et contenus Compétences exigibles Effet Doppler.

Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour mesurer une vitesse en utilisant l’effet Doppler. Exploiter l’expression du décalage Doppler de la fréquence dans le cas des faibles vitesses.

Incertitudes et notions associées Évaluer l’incertitude de répétabilité à l’aide d’une formule d’évaluation fournie.

Compétences mises en œuvre par l’élève :

– Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour mesurer une vitesse en utilisant l’effet Doppler. – Exploiter l’expression du décalage Doppler de la fréquence dans le cas des faibles vitesses. – Évaluer l’incertitude de répétabilité à l’aide d’une formule d’évaluation fournie.

Support de travail (matériel, documents à projeter, document à distribuer aux élèves, logiciel…) :

• Logiciel Audacity : http://framakey.org/Portables/AudacityPortable?from=Portables.PortableAudacity

• Fichiers sons d’enregistrement d’un véhicule : • immobile • en mouvement rectiligne uniforme par rapport à un observateur fixe

Ressource : http://www.pedagogie.ac-nantes.fr/11881848/0/fiche___ressourcepedagogique/&RH=1161017041984

Mots clés : effet Doppler – décalage en fréquence – spectre sonore

Mettre en évidence l’effet Doppler avec des ondes sonores Mesurer le décalage de la fréquence pour estimer la vitesse d’un véhicule

Expérience :

Ouvrir le fichier son avec Audacity – l’écouter

Zoomer pour visualiser le signal

Sélectionner une portion périodique du signal. Dans le menu Analyse, choisir tracer le spectre.

Lire la fréquence des différents harmoniques en bas de la fenêtre du spectre. (La position de la souris sert de réticule) On pourra répéter l’opération sur différentes sélections de portions du signal afin de prendre une valeur moyenne. Ou faire une étude statistique à partir des fréquences des harmoniques. Cette étude pourra être l’occasion d’un calcul d’incertitude. Lorsque la voiture est immobile, le fondamental a une fréquence d’environ 511 Hz. Il est à noter que lorsque la voiture est en mouvement, il apparaît dans le spectre un pic vers 100 Hz qui est probablement lié au bruit du moteur ou des roues.

Renouveler l’expérience avec le fichier son du véhicule en mouvement uniforme : dans la portion où il s’approche de l’observateur, dans la portion où il s’en éloigne.

harmonique fapproche fapproche féloigne féloigne fimmobile fimmobile

1 536 536 494 494 514 514

2 1072 536 968 484 1020 510

3 1607 536 1476 492 1530 510

4 2139 535 1945 486 2044 511

5 2674 535 2408 482 2556 511

6 3210 535 2916 486 3068 511

moyenne f 535 487 511

vapproche véloigne v

vitesse m.s-1 15,3 16,7 16,0

v est la valeur commune de la vitesse d’approche et d’éloignement si on suppose le véhicule en translation uniforme. Elle se calcule sans utiliser le fichier son de la voiture est immobile.