FICHE 1

FICHE 1
Fiche à destination des enseignants TS 6c
Radar en vue
|Type d'activité |Activité expérimentale |
| |Notions et contenus du |Compétences exigibles du |
| |programme de Terminale S |programme de Terminale S |
| |Effet Doppler. |Mettre en ?uvre 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.|
| |Compétences d'après le préambule du cycle terminal |
| |Démarche scientifique |
| |Mettre en ?uvre un raisonnement |
| |Mobiliser ses connaissances |
| |Maîtriser les compétences mathématiques de base |
| |Approche expérimentale |
| |Valider des résultats obtenus et des hypothèses faites |
| |Estimer la précision des mesures |
| |Faire preuve d'initiative |
| |Compétences sur « Extraire et exploiter » |
| |Exploiter |
| |Traitement numérique des équations |
| |Analyse critique d'un résultat |
| |Compétences sur « Mesures et incertitudes » |
| |Expression et acceptabilité du résultat |
| |Maitriser l'usage des chiffres significatifs et l'écriture |
| |scientifique. Associer l'incertitude à cette écriture. |
|Commentaires sur |Cette activité illustre le thème |
|l'activité proposée|« OBSERVER » |
| |Ondes et particules |
| |et le sous thème |
| |Propriétés des ondes |
| |en classe de terminale S. |
|Conditions de mise |Durée : 2 h 00 |
|en ?uvre |Pour réaliser l'expérience, on peut prendre un dispositif |
| |« disque de Newton ». |
| |On retire le disque et on place un disque en isorel 3 mm |
| |d'environ 35 cm de diamètre sur lequel on a taillé, suivant une|
| |partie du rayon, un emplacement pour placer une lame |
| |métallique. Il faut prévoir des encoches dans la lame pour bien|
| |la fixer avec une ficelle reliée au disque et un contrepoids de|
| |manière à ce que le centre de gravité de l'ensemble soit sur |
| |l'axe de rotation du disque. |
| |Pour cette activité expérimentale, le professeur dispose, a |
| |priori, d'un seul dispositif. Pour l'étude des oscillogrammes, |
| |il est vivement conseillé de prendre des photographies dans les|
| |conditions de l'expérience. |
| |Ceci permettra aux élèves restés à leur paillasse de vérifier |
| |les résultats obtenus avec le dispositif. Sur l'une de ces |
| |photographies, on indiquera la durée correspondant à 18 |
| |périodes et sur l'autre, la durée correspondant à au moins 2 |
| |tours effectués par le disque. |
|Pré requis (TS) |Connaître la définition de la longueur d'onde. |
| |Connaître et exploiter la relation entre la période ou la |
| |fréquence, la longueur d'onde et la célérité. |
Fiche 2
Fiche à destination des élèves TS 6c
Radar en vue En voiture avec un ami, vous venez de vous faire dépasser par une voiture
roulant à vive allure. Soudainement, vous percevez un flash provenant d'un
radar automatique. Vous demandez alors à votre ami, étudiant en physique,
comment fonctionne ce type d'appareil pour mesurer la vitesse et donc
savoir si le véhicule est en infraction. Votre ami vous répond :
« La vitesse est calculée grâce à l'effet Doppler. Le radar envoie vers la
voiture une onde électromagnétique dans le domaine des micro-ondes à une
fréquence de 24 GHz. Une partie de celle-ci se réfléchit sur le véhicule et
est détectée par le radar. Ce dernier calcule alors la différence de
fréquence entre l'onde émise et l'onde reçue et en déduit la vitesse. »
De retour dans votre lycée vous décidez d'étudier ce phénomène car il est à
votre programme de terminale S.
Partie 1
Mise en évidence de l'effet Doppler Dans un premier temps, avec votre professeur de physique, vous étudiez la
hauteur d'un son émis par une ambulance passant devant un micro.
L'enregistrement du son se trouve dans le fichier « ambulance ». Question 1 En vous appuyant sur enregistrement audio que vous venez d'écouter,
proposer une description du phénomène physique étudié. Le phénomène physique étudié est appelé effet Doppler. Pour mieux
comprendre ce phénomène, vous étudiez le fichier PowerPoint®
« Compréhension de l'Effet Doppler » donné par votre professeur de
physique. Dans ce document, on simule une onde périodique à deux dimensions, de
fréquence, f, et de longueur d'onde ?, émise par un émetteur E. A l'instant
t = 0, l'onde se trouve dans un état vibratoire, V, donné. Deux récepteurs
sont placés aux points A et B. Sur les différentes diapositives figurent des cercles qui représentent les
lignes d'onde correspondant à l'état vibratoire, V, émis à chaque fois que
la durée T est écoulée. Pour chaque cercle, est indiqué l'instant où l'état
vibratoire a été émis en fonction de la durée T. Dans un premier temps l'émetteur est immobile. Dans ce cas, la fréquence,
f, de l'onde émise par l'émetteur E est égale à celle de l'onde reçue par
les points A et B. De plus on considère que le milieu n'est pas un milieu dispersif pour
l'onde étudiée. La célérité de l'onde périodique reste donc inchangée
quelle que soit la fréquence. Question 2 a) Sur chaque diapositive du document PowerPoint®, déplacer les
cercles de manière à ce qu'ils représentent effectivement les positions des
différentes lignes d'onde. b) Décrire le résultat obtenu.
Question 3 Quelle durée sépare l'émission de deux états vibratoires identiques
successifs ? Que peut-on dire de la différence entre les rayons de deux
cercles consécutifs ? En vous appuyant sur cet exemple et en mobilisant vos
connaissances, donnez une définition de la longueur d'onde. Dans un second temps, l'émetteur E se déplace avec une vitesse v = vonde
/4. Question 4 a) Rappeler la relation liant la fréquence f d'une onde périodique, sa
longueur d'onde ? et sa célérité v.
b) Déplacer les cercles de manière à ce qu'ils représentent les
positions des différentes lignes d'onde. c) Les lignes d'onde sur la demi-droite [EA) sont-elles plus
rapprochées ou plus éloignées que celles obtenues dans le cas où l'émetteur
E est immobile ?
Comparer alors la longueur d'onde ?'A de l'onde perçue au point A
avec la longueur d'onde ? de l'onde émise au point E.
En utilisant la relation établie à la question 5.a, comparer la
fréquence, fA', de l'onde perçue au point A avec la fréquence, f, de l'onde
émise au point E. d) Les lignes d'onde sur la demi-droite [EB) sont-elles plus
rapprochées ou plus éloignées que celles obtenues dans le cas où l'émetteur
E est immobile ?
Comparer alors la longueur d'onde ?'B de l'onde perçue au point B
avec la longueur d'onde ? de l'onde émise au point E.
En utilisant la relation établie à la question 5.a, comparer la
fréquence, fB', de l'onde perçue au point B avec la fréquence, f, de l'onde
émise au point E. e) Retrouve-t-on les résultats établis à la question 2 ?
Partie 2
Étude expérimentale : calcul d'une vitesse à l'aide de l'effet Doppler
Votre professeur de physique vous déclare alors :
« L'effet Doppler s'observe aussi lorsqu'une onde se réfléchit sur un
obstacle en déplacement, l'émetteur et le récepteur des ondes restant alors
immobiles.
Dans le cas où la vitesse de l'obstacle, vob, est faible par rapport à la
célérité de l'onde vonde, la fréquence f' du signal perçu par le récepteur
dépend la fréquence f du signal émis, de la célérité de l'onde, vonde, et
de la vitesse de l'obstacle vob selon la formule :