QCM effet Doppler : dix questions pour vérifier que tu maîtrises l’effet Doppler : sens du décalage, formules, radar, échographie et lumière des galaxies. Choisis une seule réponse par question, puis lis l’explication.
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Une source sonore s’approche d’un observateur immobile. La fréquence reçue est…
Les fronts d’onde arrivent plus souvent : f<sub>r</sub> > f<sub>e</sub> et Δf > 0.
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Quelle grandeur ne change pas quand la source sonore se déplace ?
La célérité dépend uniquement du milieu de propagation.
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Une sirène émet 700 Hz et s’éloigne à 25 m/s (v = 340 m/s). La fréquence reçue est environ…
f<sub>r</sub> = 700 × 340 ÷ (340 + 25) ≈ 652 Hz, plus faible que f<sub>e</sub>.
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Pour un émetteur fixe et un récepteur qui s’approche à la vitesse v<sub>r</sub>, la fréquence reçue vaut…
Le récepteur rencontre les fronts plus souvent : la vitesse relative de l’onde devient v + v<sub>r</sub>.
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Pourquoi le décalage d’un radar est-il doublé par rapport à celui d’un simple émetteur mobile ?
L’onde est décalée à l’aller puis de nouveau au retour, avec le même sens de décalage.
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Un radar à 24,0 GHz mesure Δf = 4,0 kHz. Quelle est la vitesse de la cible (c = 3,00 × 10⁸ m/s) ?
v = Δf × c ÷ (2 f<sub>e</sub>) = 4 000 × 3,00 × 10⁸ ÷ (4,8 × 10¹⁰) = 25 m/s.
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Le spectre d’une galaxie a ses raies décalées vers le rouge. Cela signifie que la galaxie…
Le rouge correspond aux grandes longueurs d’onde : λ augmente pour une source qui s’éloigne.
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Une raie de 500 nm est mesurée à 502 nm. La vitesse radiale vaut environ (c = 3,00 × 10⁸ m/s)…
v = c × Δλ ÷ λ<sub>0</sub> = 3,00 × 10⁸ × 2 ÷ 500 = 1,2 × 10⁶ m/s.
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En échographie Doppler, on mesure le décalage de fréquence pour connaître…
Le décalage des ultrasons réfléchis par les globules rouges est proportionnel à leur vitesse.
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Seule une partie de la vitesse intervient dans l’effet Doppler. Laquelle ?
Une vitesse perpendiculaire ne rapproche ni n’éloigne la source du récepteur : elle ne décale pas la fréquence.
Les notions passées en revue dans ce QCM effet Doppler
- Définition du décalage Doppler Δf = f<sub>r</sub> − f<sub>e</sub> et son signe
- Source mobile et récepteur mobile : deux formules différentes
- Doublement du décalage après réflexion (radar, échographie)
- Décalage vers le rouge et vitesse d’éloignement Δλ ÷ λ<sub>0</sub> ≈ v ÷ c
- Seule la composante de vitesse selon la ligne de visée compte
Le piège classique
De plus, le piège classique : croire que la source modifie la fréquence qu’elle émet, ou que la célérité de l’onde change. Seule la fréquence reçue varie. Autre erreur fréquente : utiliser la formule du radar avec son facteur 2 pour une simple source mobile, ou l’inverse.
La bonne habitude
Commence par déterminer si la distance source-récepteur diminue ou augmente pour deviner le signe de Δf. Choisis ensuite la formule : source mobile, récepteur mobile ou onde réfléchie. Après le calcul, vérifie que le signe et l’ordre de grandeur sont plausibles.
Questions fréquentes
L’effet Doppler change-t-il la couleur des objets du quotidien ?
Non : aux vitesses courantes, v ÷ c est de l’ordre de 10⁻⁷ et le décalage de longueur d’onde est bien plus petit que ce que l’œil peut percevoir. Ensuite, il ne devient visible que pour des objets très rapides comme des galaxies.
Pourquoi une sirène semble-t-elle plus grave après le passage de l’ambulance ?
Parce que la source s’éloigne : les fronts d’onde arrivent moins souvent, la fréquence reçue devient inférieure à la fréquence émise, et l’oreille perçoit un son plus grave.
Quelle est la différence entre fréquence émise et fréquence reçue ?
Donc, la fréquence émise est fixée par la source ; la fréquence reçue est celle que mesure le récepteur. Par ailleurs, elles ne sont égales que lorsqu’il n’y a pas de mouvement relatif le long de la droite qui les joint.
Pourquoi utilise-t-on le décalage vers le rouge en astronomie ?
Enfin, il permet de mesurer la vitesse d’éloignement des étoiles et des galaxies à partir de raies dont la longueur d’onde au repos est connue, et a conduit à établir l’expansion de l’Univers.