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Ondes sonores et décalage Doppler
 

Ondes sonores et décalage Doppler

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Contrairement aux ondes lumineuses, ondes sonores sont des perturbations qui se propagent dans un milieu qui pourrait être solide, gaz ou un liquide.

Ondes lumineuses sont des ondes transversales qui ont des oscillations perpendiculaires à la direction de propagation. Alors que les ondes sonores sont des ondes de pression longitudinale dont les oscillations sont parallèles à la direction de propagation.

Dans cette vidéo, nous exploreront les différentes propriétés des ondes sonores, et en savoir plus sur l’effet Doppler--un phénomène découvert par le physicien autrichien Christian Doppler. Ensuite, nous allons apprendre comment mesurer la vitesse du son qui sort des haut-parleurs et visualiser l’effet Doppler dans le laboratoire. Enfin, nous verrons quelques exemples où ces concepts s’appliquent.

Commençons par examiner les propriétés des ondes sonores et le phénomène de l’effet Doppler. Quand le son est introduite par la vibration d’un objet, comme une corde de guitare, les particules dans l’air expérience motion avance et en arrière.

Cela crée des régions dans l’air où les particules sont compressés, appelés compressions ou écartées, appelé raréfactions. Ces fonctionnalités peuvent être utilisées pour définir la relation entre la vitesse des ondes sonores et la fréquence.

La distance entre les compressions est la longueur d’onde, ou lambda, qui est l’unité des compteurs. La fréquence est que le nombre de cycles de longueur d’onde par seconde et elle est exprimé en Hertz. La vitesse du son est le produit de ces deux qualités.

Étant donné que les ondes sonores de voyage due à la compression des particules dans le milieu, la densité des molécules d’air ont un effet sur la vitesse du son. La densité de l’air dépend de température de l’entourage, donc la vitesse de l’onde sonore dépend aussi de la température.

En supposant que l’air est à l’arrêt, la vitesse de l’onde sonore dans l’air peut être calculée à l’aide de l’équation suivante, où Tc est la température en degrés Celsius.

Si l’air est en mouvement, la vitesse du son varie selon la direction du mouvement de l’air. Par exemple, si l’onde sonore se déplace dans la direction opposée d’un fort vent, la vitesse des ondes est diminuée par la vitesse du vent.

Maintenant, regardons ce qui se passe lorsque la source sonore est en mouvement. Prenons par exemple, une ambulance émettant une sirène à une fréquence fixe, pi. Lorsque l’ambulance approchera, la hauteur apparente de la sirène, fr, augmente jusqu'à ce qu’il vous atteigne. C’est parce que la sirène se déplace vers vous, les positions relatives des ondes sonores bouquet ensemble, et le son semble avoir une fréquence plus élevée que la fréquence transmise.

Par la même logique, que les lecteurs de l’ambulance, vous entendez la sirène à une inclinaison plus faible et plus bas, comme les ondes sonores écartées et le son semble avoir une fréquence plus basse que la fréquence transmise. La différence entre les fréquences émises et perçus à un moment donné est appelée l’effet Doppler, ou l’effet Doppler.

Maintenant que nous avons discuté les rudiments des ondes sonores et l’effet Doppler, nous allons tout d’abord jeter un coup d’oeil à la façon de mesurer la vitesse du son à des fréquences différentes. Ensuite, nous démontrerai comment visualiser l’effet de Doppler à l’aide d’un appareil mobile.

Tout d’abord, mis en place deux haut-parleurs face à face sur un banc d’optique. Branchez une enceinte sur un générateur de fonctions à l’aide d’un té BNC, avec l’autre côté du té BNC connecté au canal 1 ou A sur un oscilloscope

Ensuite, connectez le deuxième orateur pour canal 2 ou B sur l’oscilloscope.

Mettre en marche le générateur de fonction et l’oscilloscope et régler le cadran sur le générateur de fonctions pour produire une onde avec une fréquence de 5 kHz. L’enceinte connectée à l’appareil devrait produire un terrain stable qui sonne comme une alarme. Deux vagues de 5kHz qui sont déphasées entre elles, un pour le haut-parleur émettant et un pour le récepteur orateur doivent apparaître dans des couleurs différentes sur l’oscilloscope.

Glisser lentement le haut-parleur relié au canal B le long de l’audience jusqu'à ce que les deux ondes sont en phase. Puis, enregistrer la distance entre les deux enceintes.

Ensuite, glisser lentement le haut-parleur de canal B loin du haut-parleur émettant donc les ondes sont déphasées. Continuer à glisser l’enceinte vers l’arrière jusqu'à ce que les ondes sont en phase de nouveau. Enregistrer la nouvelle distance entre les enceintes. Répéter l’expérience pour les fréquences de 8 kHz et 3 kHz

Pour calculer la vitesse de l’onde sonore, tout d’abord de soustraire la distance finale de la première à donner la longueur d’onde de l’onde sonore. Ensuite, utilisez cette valeur et la fréquence pour obtenir la vitesse. Notez la relation inversement proportionnelle entre la longueur d’onde et de fréquence.

Comparer les vitesses expérimentales avec la vitesse attendue à l’aide de la température de la pièce. Les valeurs expérimentales pour différentes fréquences apparaissent à peu près les mêmes, et la différence entre eux et la valeur attendue est égale ou inférieure à 1 %.

Tout d’abord, attachez un morceau d’un mètre de long de la chaîne à la fin d’un appareil Doppler. Maintenue à hauteur de la taille, l’appareil devrait se rapprocher de, mais pas toucher le sol.

Ensuite, branchez un microphone à un canal de l’oscilloscope et placez le micro à une distance fixe-1,50 m--de là où vous vous tenez.

Allumez l’appareil Doppler et maintenez-le en place 1,5 m de distance du microphone. Observer la vague sur l’oscilloscope.

Commencer à balancer l’appareil autour en cercles à une vitesse stabilisée. Celles observant que l’appareil oscillant remarqueront que l’emplacement, ou fréquence, obtient plus élevée car il oscille plus proches d’eux, puis abaissez lors de loin.

En même temps, l’oscilloscope montrera plus de vagues, ou une fréquence plus élevée, lorsque l’appareil est près du micro. Lorsque l’appareil est loin d’être le microphone, la fréquence diminue.

Sonores et ondes sonores se retrouvent dans la vie quotidienne et sont utilisés dans de nombreux domaines des arts, des sciences et médecine.

Lorsqu’une personne utilisera un instrument de colonne air plate, comme la trompette, les ondes sonores produites à l’intérieur du tube de créer de la musique. Comme l’air est poussé dans l’instrument, une vibration se produit à l’intérieur qui provoque des ondes de pression à reflètent sur l’intérieur du tube.

Seulement la pression des vagues de certaines longueurs d’onde et fréquences correspondent à l’intérieur du tube et résonnent, créant son. Toutes les autres longueurs d’onde et fréquences sont perdus.

L’effet Doppler est la base de l’instrument de l’échographie Doppler, qui est utilisé pour une évaluation vasculaire. L’appareil Doppler de poche se compose d’une sonde qui est placée sur la peau du patient. La sonde émet des ondes ultrasoniques à une fréquence spécifique, qui reflètent au loin les cellules sanguines et sont détectés par l’élément au niveau de la sonde. La vitesse du flux sanguin est évidente par le changement de fréquence de l’onde réfléchie.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE l’effet Doppler. Vous devez maintenant comprendre les principes de base de l’effet Doppler, comment mesurer la vitesse des ondes sonores dans le laboratoire et certaines applications de la technique dans le monde réel. Merci de regarder !

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