L'effet Doppler pour les ondes sonores

L'effet Doppler est un moyen par lequel propriétés des vagues (en particulier, les fréquences) sont influencées par le mouvement d'une source ou d'un auditeur. L'image de droite montre comment une source en mouvement déformerait les ondes qui en proviennent, en raison de l'effet Doppler (également connu sous le nom de Doppler).

Si vous avez déjà attendu à un passage à niveau et écouté le sifflet du train, vous avez probablement remarqué que la hauteur du sifflet change en fonction de votre position. De même, la hauteur d'une sirène change à mesure qu'elle s'approche puis vous passe sur la route.

Considérons une situation où le mouvement est orienté dans une ligne entre l'auditeur L et la source S, avec la direction de l'auditeur vers la source comme direction positive. Les vitesses v_L et v_S sont les vitesses de l'auditeur et de la source par rapport au milieu d'onde (l'air dans ce cas, qui est considéré au repos). La vitesse de l'onde sonore, v, est toujours considéré comme positif.

En appliquant ces mouvements et en sautant toutes les dérivations désordonnées, nous obtenons la fréquence entendue par l'auditeur (F_L) en termes de fréquence de la source (F_S):

F_L = [(v + v_L)/(v + v_S)] F_S

Si l'auditeur est au repos, alors v_L = 0.
Si la source est au repos, alors v_S = 0.
Cela signifie que si ni la source ni l'auditeur ne bougent, alors F_L = F_S, ce qui est exactement ce à quoi on pourrait s’attendre.

Si l'auditeur se déplace vers la source, alors v_L > 0, mais s'il s'éloigne de la source, v_L < 0.

Alternativement, si la source se déplace vers l'auditeur, le mouvement est dans le sens négatif, donc v_S <0, mais si la source s'éloigne de l'auditeur, v_S > 0.

L'effet Doppler est fondamentalement une propriété du comportement des ondes physiques, il n'y a donc aucune raison de croire qu'il ne s'applique qu'aux ondes sonores. En effet, toute sorte d'onde semble présenter l'effet Doppler.

Ce même concept peut être appliqué non seulement aux ondes lumineuses. Cela déplace la lumière le long du spectre électromagnétique de la lumière (à la fois lumière visible et au-delà), créant un Décalage Doppler dans les ondes lumineuses cela s'appelle soit un redshift ou un blueshift, selon que la source et l'observateur s'éloignent ou se rapprochent l'un de l'autre. En 1927, l'astronome Edwin Hubble observé la lumière des galaxies éloignées décalée d'une manière qui correspondait aux prédictions de la Décalage Doppler et a pu l'utiliser pour prédire la vitesse à laquelle ils s'éloignaient du Terre. Il s'est avéré qu'en général, les galaxies éloignées s'éloignaient de la Terre plus rapidement que les galaxies proches. Cette découverte a permis de convaincre les astronomes et les physiciens (y comprisAlbert Einstein) que l'univers était en fait en expansion, au lieu de rester statique pour l'éternité, et finalement ces observations ont conduit au développement de la la théorie du Big Bang.