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Effet Doppler

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Changement apparent de la fréquence d'un signal sonore ou électromagnétique reçu par un observateur mobile par rapport à une source émettrice fixe ou bien par un observateur fixe par rapport à une source émettrice mobile. La variation apparente de fréquence est proportionnelle à la vitesse relative entre l'observateur et la source le long du chemin qui les sépare.

Pour les ondes électromagnétiques (radio ou lumière, par exemple), l'effet est généralement appelé Doppler-Fizeau, le physicien français Hippolyte Fizeau ayant découvert qu'il concerne aussi la lumière. Ce phénomène pour est utilisé en astrophysique pour connaître la vitesse angulaire des étoiles car leur mouvement, selon la perspective, provoque un déplacement des raies émises par rapport aux mêmes raies émises par une source terrestre.

Dans le cas des ondes sonores, le son émis par un mobile en mouvement semble plus ou moins aigu selon la vitesse à laquelle il se rapproche, et plus ou moins grave selon la vitesse à laquelle il s'éloigne.

On peut faire une analogie avec un ruisseau dans lequel seraient jetées à intervalle régulier des feuilles. En remontant le courant (en se rapprochant de la source), on verra des feuilles plus souvent, et de plus en plus souvent si on accélère. Au contraire, en descendant le courant (en s'éloignant de la source), on verra des feuilles de moins en moins souvent, jusqu'à ne plus en voir qu'une si l'on va à la même vitesse que le courant. Les sons aigus ont des fréquences élevées, c'est-à-dire que l'on « rencontre » souvent l'onde : on se rapproche de la source (ou elle se rapproche de nous) ; les sons graves ont des fréquences moins élevées : on s'éloigne.

Le principe est le même pour un rayonnement lumineux, qui se décale vers les grandes longueurs d'onde en s'éloignant, vers les courtes longueurs d'onde en se rapprochant.

On détermine ainsi la vitesse d'un mobile émettant du son ou de la lumière, en mesurant le décalage de la fréquence reçue par rapport à la fréquence émise.

La source (le petit cercle coloré) se déplace de droite à gauche. Les ondes qu'elle émet semblent plus élevées en amont de son mouvement et plus basses en aval. © Tkarcher, amélioré par Tatoute, CC-BY-SA.3.0 La source (le petit cercle coloré) se déplace de droite à gauche. Les ondes qu'elle émet semblent plus élevées en amont de son mouvement et plus basses en aval. © Tkarcher, amélioré par Tatoute, CC-BY-SA.3.0

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Effet-Doppler Fizeau


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