Sujet Physique-Chimie — Terminale — Métropole — Bac 2016

EXERCICE I - DE L’EFFET DOPPLER À SES APPLICATIONS (6 points) Christian Doppler Christoph Buys-Ballot (1803 - 1853) (1817 - 1890) Christian Doppler, savant autrichien, propose en 1842 une explication de la modification de la fréquence du son perçu par un observateur immobile lorsque la source sonore est en mouvement. Buys-Ballot, scientifique hollandais, vérifie expérimentalement la théorie de Doppler en 1845, en enregistrant le décalage en fréquence d’un son provenant d’un train en mouvement et perçu par un observateur immobile. On se propose de présenter l’effet Doppler puis de l’illustrer au travers de deux applications. 1. Mouvement relatif d’une source sonore et d’un détecteur Nous nous intéressons dans un premier temps au changement de fréquence associé au mouvement relatif d’une source sonore S et d’un détecteur placé au point M (figure 1). Le référentiel d’étude est le référentiel terrestre dans lequel le détecteur est immobile. Une source S émet des « bips » sonores à intervalles de temps réguliers dont la période d’émission est notée T . Le signal sonore se propage à la célérité v par 0 son rapport au référentiel terrestre. cas A source S M x 0 d cas B O source S v M S x 0 d Figure 1. Schéma représentant une source sonore immobile (cas A), puis en mouvement (cas B). 1.1. Cas A : la source S est immobile en x = 0 et le détecteur M, situé à la distance d, perçoit chaque bip sonore avec un retard lié à la durée de propagation du signal. 1.1.1. Définir par une phrase, en utilisant l’expression « bips sonores », la fréquence f de ce signal 0 périodique. 1.1.2. Comparer la période temporelle T des bips sonores perçus par le détecteur à la période d’émission T . 0 1.2. Cas B : la source S, initialement en x = 0, se déplace à une vitesse constante v suivant l’axe Ox en S direction du détecteur immobile. La vitesse v est inférieure à la célérité v . On suppose que la source reste S son à gauche du détecteur.  v  Le détecteur perçoit alors les différents bips séparés d’une durée T'T 1 s . 0  v son Indiquer si la fréquence f ’ des bips perçus par le détecteur est inférieure ou supérieure à la fréquence f 0 avec laquelle les bips sont émis par la source S. Justifier. 16PYSSMLR1 Page :