14/12/2013 Devoir N°4 T.S NOM: Prénom: Partie 2 : Physique ...

14/12/2013 Devoir
N°4 T.S NOM: Prénom:
Partie 2 : Physique. Exercice n°1 : Radars et effet Doppler. |L'effet Doppler fut présenté par Christian Doppler en 1842 pour les ondes sonores |
|puis par Hippolyte Fizeau pour les ondes électromagnétiques en 1848. Il a |
|aujourd'hui de multiples applications. |
|Un radar de contrôle routier est un instrument servant à mesurer la vitesse des |
|véhicules circulant sur la voie publique à l'aide d'ondes radar. Le radar émet une|
|onde continue qui est réfléchie par toute cible se trouvant dans la direction |
|pointée. Par effet Doppler, cette onde réfléchie possède une fréquence légèrement |
|différente de celle émise : plus grande fréquence pour les véhicules s'approchant |
|du radar et plus petite pour ceux s'en éloignant. |
|En mesurant la différence de fréquence entre l'onde émise et celle réfléchie, on |
|peut calculer la vitesse de la «cible». |
|Mais les radars Doppler sont utilisés dans d'autres domaines... |
|En météorologie, le radar Doppler permet d'analyser la vitesse et le mouvement des|
|perturbations et de fournir des prévisions de grêle, de pluies abondantes, de |
|neige ou de tempêtes. |
|En imagerie médicale, le radar Doppler permet d'étudier le mouvement des fluides |
|biologiques. Une sonde émet des ondes ultrasonores et ce sont les globules rouges |
|qui font office d'obstacles et les réfléchissent. L'analyse de la variation de la |
|fréquence des ondes réfléchies reçues par cette même sonde permet ainsi de |
|déterminer la vitesse du sang dans les vaisseaux. |
|D'après le site : www.over-blog.com |
|Cet exercice propose d'étudier le principe de l'effet Doppler sonore. Pour |
|simplifier cette approche, la réflexion de l'onde sur l'obstacle ne sera pas prise|
|en compte. |
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|Un véhicule muni d'une sirène est immobile. La sirène retentit et émet un son de |
|fréquence f = 680 Hz. Le son émis à la date |
|t = 0 se propage dans l'air à la vitesse c = 340 m.s-1 à partir de la source S. On|
|note ? la longueur d'onde correspondante. |
|La figure 1 ci-dessous représente le front d'onde à la date t = 0 |
|[pic] |
|[pic] |
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|Répondre par «vrai» ou «faux» aux trois affirmations suivantes en justifiant son |
|choix. |
|1.1. Le front d'onde a parcouru d = 40.0 m à la date t = 3T. |
|1.2. Deux points situés à la distance d' = 55,0 m l'un de l'autre dans la même |
|direction de propagation vibrent en phase. |
|1.3. L'onde se réfléchit sur un obstacle situé à la distance d" = 680 m de la |
|source. L'écho de l'onde revient à la source 2,0 s après l'émission du signal. |
|2. Puis, le véhicule se déplace maintenant vers la droite à la vitesse v |
|inférieure à c. La figure 2 donnée ci-dessus représente le front de l'onde sonore |
|à la date t = 4 T. (T étant la période temporelle de l'onde sonore). |
|Le véhicule se rapproche d'un observateur immobile. |
|Pendant l'intervalle de temps T, le son parcourt la distance ?. Pendant ce temps, |
|le véhicule parcourt la distance d = v. T. |
|La longueur d'onde ?' perçue par l'observateur à droite de la source S a donc |
|l'expression suivante : ?' = ? - v.T (1) |
| |
|Rappeler la relation générale liant la vitesse de propagation, la longueur d'onde |
|et la fréquence. |
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|3. a. En déduire que la relation (1) permet d'écrire [pic] (f ' étant la fréquence|
|sonore perçue par l'observateur). |
|b. Le son perçu est-il plus grave ou plus aigu que le son d'origine ? Justifier |
|sans calcul numérique.. |
|4. Dans un deuxième temps, le véhicule s'éloigne de l'observateur à la même |
|vitesse v. |
|Donner, sans démonstration, les expressions de la nouvelle longueur d'onde ?" et |
|de la |
|nouvelle fréquence f " perçues par l'observateur en fonction de f, v et c. |
|b. Le son perçu est-il plus grave ou plus aigu que le son d'origine ? Justifier. |
|c. Exprimer, puis calculer en km.h-1, en arrondissant les valeurs à des nombres |
|entiers, la vitesse du véhicule qui se rapproche de l'observateur sachant que ce |
|dernier perçoit alors un son de fréquence f ' = 716 Hz. |
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|Exercice n°2 : Interférences. |
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|On réalise une figure d'interférences à l'aide de fentes d'Young placées devant un|
|faisceau laser séparées par une distance |
|b = (0,500 + 0,005) mm. |
|La figure est observée sur un écran à une distance D = 1,15 m du plan des fentes, |
|cette distance étant mesurée avec |
|une incertitude U(D) = 1 cm. |
|Pour déterminer la longueur d'onde du laser, on mesure la distance séparant deux |
|franges brillantes consécutives, appelée « interfrange» et notée i. |
|On obtient un interfrange i = 1,36 mm avec une incertitude U(i)=[pic] |
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|Par une analyse dimensionnelle, déterminer l'expression qui permet de calculer |
|l'interfrange i, parmi les propositions |
|suivantes : |
|i= ?.D2 ; (B) i= [pic] ; (C) i= [pic] |
|Déduire des résultats expérimentaux la longueur d'onde ?, du laser. |
|L'incertitude sur la mesure de ? peut être évaluée par : |
|[pic] |
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|a. Calculer l'incertitude U(?) sur la longueur d'onde du laser. |
|b. En déduire un encadrement de la valeur expérimentale de ?. |
|c. Cet encadrement est-il compatible avec la valeur 589,3 mm fournie par le |
|constructeur du laser? |
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a. Le véhicule est immobile.
b. le véhicule se déplace vers la droite à la vitesse v? c -----------------------
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