Effet Doppler
Cet outil calcule l’effet Doppler : à partir de la fréquence de la source, des vitesses et de la vitesse du son, il donne la fréquence entendue. Exemple : une sirène de 700 Hz qui s’approche à 90 km/h sonne comme 755 Hz, puis comme environ 652 Hz en s’éloignant.
Source : Wikipedia – Doppler-Effekt. Mise à jour : .
Comment le calcul est fait
L’effet Doppler décrit le changement de fréquence perçue d’une onde lorsque la source ou l’observateur se déplace. Avec le son, on l’entend sur une sirène qui passe : le son est plus aigu à l’approche et plus grave à l’éloignement.
La formule
Pour le son dans un air immobile, f′ = f · (c + v_O) / (c − v_S). Ici f est la fréquence de la source, c la vitesse du son, v_S la vitesse de la source et v_O celle de l’observateur. Quand la source s’approche, v_S positif diminue le dénominateur et la fréquence augmente ; à l’éloignement, le signe s’inverse. La vitesse du son dans l’air dépend de la température : c = 331,3 m/s · √(1 + T / 273,15 K), soit environ 343 m/s à 20 °C.
Exemple de la sirène
Une ambulance à 90 km/h (25 m/s) avec une sirène de 700 Hz : à l’approche, on entend 700 · 343,2 / (343,2 − 25) ≈ 755 Hz ; à l’éloignement, 700 · 343,2 / (343,2 + 25) ≈ 652 Hz. Le tableau du passage donne les deux valeurs ; le saut vaut environ 2,5 demi-tons.
- La source doit être plus lente que le son ; à vitesse supersonique, un cône de Mach se forme.
- Un observateur en mouvement entend aussi une autre fréquence, même si la source est immobile.
- Le radar, l’échographie Doppler et la mesure de débit utilisent le même principe.
Questions fréquentes
Comment calculer l’effet Doppler ?
Avec f′ = f · (c + v_O) / (c − v_S) : fréquence de la source fois vitesse du son plus vitesse de l’observateur, divisée par vitesse du son moins vitesse de la source. Les vitesses sont positives à l’approche.
Pourquoi une sirène devient-elle plus grave en passant ?
À l’approche, les ondes sonores sont comprimées et la fréquence augmente ; à l’éloignement, elles sont étirées et la fréquence diminue. Au moment du passage, la hauteur du son chute donc.
La formule vaut-elle aussi pour la lumière ?
Non. La lumière n’a pas besoin de milieu ; pour elle s’applique l’effet Doppler relativiste, qui donne un décalage vers le rouge ou le bleu. Cet outil ne traite que le son.
Sources et références juridiques
- Wikipedia – Doppler-Effekt
- Wikipedia – Doppler effect
- Wikipedia – Schallgeschwindigkeit (Luft, Temperaturabhängigkeit)
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