Oscillations et ondes

Effet Doppler

Le mouvement relatif de la source et de l’observateur décale la fréquence reçue ; pour un son dans un milieu immobile, l’approche augmente la fréquence observée.

La sirène d’une ambulance paraît plus aiguë à l’approche et plus grave lorsqu’elle s’éloigne. Les fronts d’onde se rapprochent devant la source et s’écartent derrière ; la célérité reste fixée par le milieu. L’effet porte le nom du physicien Christian Doppler, qui proposa un décalage de couleur pour les étoiles en mouvement ; pour le son, l’analogue observé est un décalage de fréquence.

Source mobile, observateur immobile

Pour une source qui approche un auditeur immobile, $f_{ m obs}=fv/(v-v_s)$ ; en éloignement, $f_{ m obs}=fv/(v+v_s)$. La fréquence émise reste fixe, mais l’espacement des fronts d’onde dans le milieu change. Un observateur mobile modifie aussi le numérateur.

Vérification rapide

Le décalage Doppler acoustique dépend du mouvement par rapport au milieu, pas seulement de la distance instantanée entre source et auditeur. Une source qui approche raccourcit la longueur d’onde devant elle ; un auditeur mobile dans un milieu immobile rencontre davantage de fronts par seconde. Projetez séparément les vitesses sur la ligne de visée puis appliquez la convention de signes, sans les combiner arbitrairement.

Pour appliquer un modèle, précisez les grandeurs maintenues constantes et choisissez le référentiel adapté. Inscrire les unités à côté des valeurs numériques évite de confondre des grandeurs ou des mesures avec des prédictions. Après le calcul, vérifiez dimensions, signes et cas limites : le résultat doit respecter les hypothèses, par exemple petites oscillations, milieu uniforme ou frottement négligeable. Si la situation réelle s’en écarte, expliquez la différence plutôt que d’appliquer une formule mécaniquement.

Pour vérifier le sens physique d’une relation, considérons des cas particuliers : équilibre, déplacement maximal, période complète ou absence de mouvement relatif. Une grandeur s’annule ou atteint souvent un extrême, ce qui révèle les erreurs de signe et la confusion entre période et fréquence. Pour comparer des expériences, ne modifiez qu’une condition à la fois afin d’identifier la cause d’un changement.