TPE Big-Bang - L'effet Doppler

En physique, cet effet traduit la variation de fréquence d’une onde émise par une source en mouvement par rapport à un observateur. L’effet tient son nom du physicien Christian Johann Doppler (1803-1853), qui décrit le phénomène pour le son en 1842, et de Hippolyte Fizeau (1819-1896), qui l’étudia également et remarqua qu’il s’appliquait aussi aux ondes lumineuses.

Cet effet est facilement expérimenté dans la vie courante avec les ondes sonores. Lorsque l’on écoute passer un avion au-dessus de nous, il semble que celui-ci émette un son aigu à mesure qu’il se rapproche (sa fréquence est élevée) ; alors qu’au contraire, lorsqu’il s’éloigne, il semble émettre un son plus grave.

Relation entre fréquence et longueur d’onde :

En physique, c’est la longueur d’onde qui détermine la couleur d’une radiation lumineuse. Mais la fréquence d’une onde étant inversement proportionnelle à sa longueur d’onde, l’augmentation de la fréquence fait diminuer la longueur d’onde c’est à dire que les crêtes de l’onde se resserrent, décalant alors la couleur vers le bleu – et inversement.

l = C / F

Où l est la longueur d’onde en m, C la vitesse de la lumière dans le vide en m.s^-1 et F la fréquence en Hz ( ce qui correspond à l’inverse d’un temps : s^-1)

Il se produit un phénomène analogue avec les ondes lumineuses. Lorsque la source lumineuse se rapproche, la fréquence de l’onde lumineuse augmente, la lumière est décalée vers le bleu. A l’inverse, lorsque la source s’éloigne, la lumière émise est décalée vers le rouge, car sa fréquence diminue (document 25). Ce décalage est le même pour les raies d’absorption ou les raies d’émission d’une nébuleuse dans le spectre lumineux.

N.B. : Les applications de l’effet Doppler sont multiples dans la vie courante :

Sur les routes, pour mesurer la vitesse des véhicules par radar (un faisceau d’onde radio à haute fréquence est envoyé vers les véhicules qui les réfléchissent)

En médecine, pour mesurer la vitesse du sang dans les veines ; si une vitesse est trop élevée à un endroit, c’est le signe d’un rétrécissement du vaisseau qui oblige le sang à augmenter sa vitesse pour conserver son débit (technique de la vélocimétrie Doppler).