15. Ondes — caractéristiques et effet Doppler
Fiche de révision — Bac spécialité physique-chimie • mrnasri.com
- Définir une onde mécanique progressive
- Exploiter la relation v = λ/T = λ·f
- Appliquer l'effet Doppler à une source en mouvement
- Distinguer ondes mécaniques et électromagnétiques
I. Onde progressive
Une onde est la propagation d'une perturbation sans transport de matière, mais avec transport d'énergie.
Pour une onde périodique :
- Période T : durée d'un cycle (s).
- Fréquence f = 1/T : nombre de cycles par seconde (Hz).
- Longueur d'onde λ : distance parcourue en une période (m).
- Amplitude A : élongation maximale.
II. Relation fondamentale
III. Effet Doppler
Quand une source sonore (ou lumineuse) se rapproche ou s'éloigne d'un observateur, la fréquence perçue diffère de la fréquence émise.
- Source qui approche : f_perçue > f_émise (son plus aigu, lumière vers le bleu).
- Source qui s'éloigne : f_perçue < f_émise (son plus grave, lumière vers le rouge).
IV. Formule de l'effet Doppler (cas simple, source en mouvement, observateur fixe)
V. Applications
- Radar Doppler : mesure de la vitesse des voitures.
- Échographie Doppler : visualisation du flux sanguin.
- Astrophysique : décalage spectral des galaxies (red-shift) → expansion de l'Univers.
VI. Exemple type Bac
Énoncé. Un radar Doppler émet à f₀ = 24 GHz. Une voiture se rapproche à v = 20 m/s. c = 3 × 10⁸ m/s.
1) Calculer la longueur d'onde émise λ₀.
λ₀ = c/f₀ = 3×10⁸ / 24×10⁹ ≈ 1,25 cm.
2) Le décalage Doppler aller-retour s'écrit Δf = 2·v·f₀/c. Calculer Δf.
Δf = 2 × 20 × 24×10⁹ / 3×10⁸ = 3 200 Hz.
⚠ Erreurs fréquentes à éviter
- Confondre période (s) et fréquence (Hz).
- Oublier de convertir GHz en Hz.
- Inverser le sens du décalage (rapprochement = aigu).
- Confondre longueur d'onde et amplitude.
★ À retenir absolument
• v = λ·f = λ/T
• Rapprochement → f_perçue ↑ • éloignement → f_perçue ↓
• Doppler en astrophysique → red-shift
• Mécaniques (son) vs électromagnétiques (lumière)