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Effet Doppler, Exoplanètes et Smartphones: Version élèves partie 2

Après avoir préparé l'activité en suivant la partie 1, les élèves peuvent suivrece protocole en classe pour réaliser leurs mesures.

 

Licence Creative Commons
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Simulations et mesures avec des smartphones et protocole

- On peut simuler et faire des mesures en suivant ce principe et en utilisant l’effet Doppler sur les ondes sonores.

- Dans notre cas, le professeur fait tourner un smartphone, face à la classe. Le smartphone émet un son pur à f=1000Hz à l’aide de l’appli musique. (Le mouvement du smartphone est également suivi par l’appli sensorkinetics (IOS et Android) qui est mis en marche avant le début du mouvement. Cette appli mesure et enregistre les accélérations, vitesses de rotation, voire plus, sur les 3 axes du smartphone. Elle permettra de vérifier que la vitesse radiale mesurée par effet Doppler est bien la bonne.)

 

Ce smartphone se comporte comme l’étoile qui se déplace à cause du mouvement d’une exoplanète.

Le son pur émis replace la lumière émise par l’étoile

 

dessin rotation seule

 

Rotation du smartphone (attention, il faut bien le tenir !!!)

 

Les élèves en face du professeur enregistrent le son. Leur Smartphone va mesurer la fréquence du son reçu Comme le premièr téléphone va de l’avant vers l’arrière. La fréquence du son pur est modifiée par effet Doppler.

L’appli utilisée sous IOS est Ianalyzer (lite) Ici le son est enregistré et la mesure peut se faire dans un deuxième temps

Android Spectrum analyze : pas d’enregistrement il faut lire la valeur du pic en temps réel : quand le téléphone avance et quand il recule ; il est possible de capturer une série d’images de l’écran directement dans l’appli. 

 

ration avec recepteur

 

Rotation du smartphone à gauche et réception de l'onde à droite

 

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Analyse :

Grâce à l'application du smartphone, vous pouvez mesurer la fréquence F1 du son lorsque le Smartphone avance et F2 lorsqu'il recule.  Les valeur trouvée permettent de déterminer la vitesse du smartphone lors de la rotation. 

Pour vérifier l'exactitude de la mesure il est possible de comparer avec les données de variation de vitesse angulaire du smartphone du professeur. Voir l'exemple ci dessous:

 

Calculs

Vitesse de rotation du Smartphone à partir des données mécaniques.

Ce calcul est nécessaire pour avoir un deuxième moyen de mesure et vérifier l’exactitude  de celui réalisé par effet Doppler.  

 

Le rayon du cercle R= 0,70m

A partir des données de Sensor kinetic, on détermine la période et la fréquence de rotation (il faut vérifier que le mouvement de rotation du bras est régulier). Il est possible de zoomer sur les diagrammes.

 

vitesse rotation du smartphone

 

Capture d’écran  l’enregistrement des gyromètres lors de la rotation du smartphone

 

Ici T=0,84s soit f=1,2Hz

 

On calcule v=2.π.R.f

Soit V=2.π x 1,2 x 0,70

V=5,3m.s_1

(En mesurant 7 périodes on trouve une moyenne de (5,3m.s 1 avec un écart type de σ=0,15m.s 1)

 

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Cette activité peut être réalisée en parallèle avec l’activité de HOU-EU. Voir ici :

 

http://www.fr.euhou.net/index.php/exercices-mainmenu-13/lyce-mainmenu-174/121-de-leffet-doppler-fizeau-aux-exoplantes