Ecouter le son d un moteur de moto lorsqu elle se déplace à vitesse constante devant un micro.

Transcription

1 Mesure de vitesse d écoulement sanguin Contrôle de la vitesse d un véhicule par radar Détection des exoplanètes Ecouter le son d un moteur de moto lorsqu elle se déplace à vitesse constante devant un micro. Q1. Décrivez ce que vous entendez.. Q2. La fréquence du son du moteur varie-t-elle au cours du mouvement? Justifier. Q3. Comment peut-on expliquer ce phénomène (s aider de l annexe)?...

2 Compétences travaillées : Elaborer et mettre en œuvre un protocole Mettre en œuvre une démarche pour mesurer une vitesse en utilisant l effet Doppler Q4. A partir du matériel disponible sur votre paillasse (émetteur et récepteur d ultrasons, système d acquisition ExAO, logiciel «atelier scientifique» de traitement de données, notice d utilisation du système ExAO) et du document 2, imaginer un protocole permettant de mesurer la vitesse de déplacement d un objet..... Ana Schéma du montage : APPEL N 1 Appeler le professeur pour lui présenter votre protocole ou en cas de difficultés. Q5. Mettre en œuvre votre protocole. APPEL N 2 Vos résultats :....

3 Q6. A partir des compétences que vous venir d acquérir, proposer un protocole permettant de déterminer si la moto filmée (cf introduction) respecte bien le code de la route?.... Ana Réa2 APPEL N 3 Appeler le professeur pour lui présenter votre protocole ou en cas de difficultés. Q7. Mettre en œuvre votre protocole. APPEL N 4 Vos résultats :.... Val Recherche à faire à la maison : fonctionnement d un radar Doppler

4 Compétences travaillées : Utiliser des données spectrales et un logiciel de traitement d images L effet Doppler est utilisé par les astrophysiciens pour déterminer des vitesses dans l espace. La lumière provenant des astres est collectée avec un télescope puis décomposée (grâce à des prismes ou des réseaux) pour obtenir des spectres d absorption (cf document 3). Q8. Pourquoi le spectre d absorption du Soleil contient-il des raies noires? Quelles grandeurs physiques caractérisent ces raies?. Q9. La composition de l atmosphère du Soleil étant globalement uniforme, comment peut-on expliquer le décalage entre les spectres a, b et c (doc. 3)?.. Q10. L américain Edwin Hubble ( ) a observé que les spectres des Galaxies lointaines présentaient tous un «redshift» (décalage vers le rouge). Qu a-t-il pu en déduire concernant l évolution de l Univers?. Q11. A l aide du document 3, expliquer comment on pourrait déterminer la vitesse de rotation du soleil.

5 Il est exceptionnel de détecter visuellement des exoplanètes (cf photo en introduction de l étoile GQ Lupi, prise par le VLT du Chili en 2004) à cause de la forte luminosité des étoiles comparée à celle des planètes. De plus, à cause leur éloignement, la plupart des étoiles sont réduites à un point lumineux. Malgré cela, un millier d'exoplanètes a pu être détecté par diverses méthodes comme la méthode des "vitesses radiales" qui utilise l'effet DOPPLER. Principe : Lorsqu une exoplanète orbite autour d une étoile, elle induit un mouvement de rotation de l étoile autour du centre de gravité (G) de l ensemble {étoile-exoplanète} : Ce mouvement fait qu'elle se rapproche et s'éloigne de l observateur périodiquement. En réalisant le spectre de la lumière provenant de l étoile et en mesurant le décalage des raies d absorption dû à l effet Doppler, on peut mesurer la vitesse radiale de l étoile et ainsi déceler la présence de la planète. Définition : la vitesse radiale de l étoile est la composante de sa vitesse mesurée dans la direction de la ligne de visée de l observateur. Par convention, une vitesse radiale positive indique que l'étoile s'éloigne par rapport à l observateur alors qu une vitesse négative indique qu elle se rapproche de lui. Observation du phénomène : On va utiliser 11 spectres d une étoile pris à des dates différentes (en première approximation, l intervalle de temps moyen séparant la prise de deux spectres consécutifs est 1 jour) : Spectre t (jour) Pour visualiser les différents spectres et mesurer avec précision le décalage en longueur d onde, nous allons utiliser le logiciel SalsaJ. Pour plus de précision, nous allons utiliser les spectres I = f(λ) et déterminer les longueurs d ondes grâce aux fonctionnalités du logiciel. De manière à comparer toujours la même radiation, nous allons choisir une raie du sodium présente dans le spectre de l étoile et dont la longueur d onde déterminée en laboratoire est : a1 = 588,9950 nm a1

6 Détermination du décalage «Doppler» grâce aux raies d absorption du sodium : Vous allez déterminer la longueur d onde de la raie d absorption Na 1 du sodium pour quelques spectres. Q12. Commenter l observation faite lorsque l on visualise les spectres les uns après les autres (expérience faite par le professeur). Q13. En vous aidant du logiciel SalsaJ (dans «logiciel physique») et en important les fichiers : spectre I = f(λ) (se trouvant dans Z ; Talon ; TS ; TP2.4 Doppler) compléter le fichier «détermination v r et T» dans l atelier scientifique de Jeulin. APPEL N 5 Q14. En utilisant les valeurs de a1 et le document 2, proposer une méthode permettant au tableur de calculer (en km.s -1 ) la vitesse radiale v r de l étoile aux différentes dates t. Donnée supplémentaire : célérité de la lumière dans le vide c = ,5 km.s -1. Réa2 APPEL N 6 Q15. Mettre en œuvre la méthode proposée, tracer v r = f(t) et trouver une modélisation satisfaisante. Après validation du professeur, imprimer votre courbe et noter l équation de la modélisation. APPEL N 7 Q16. Quel critère statistique faut-il apprécier pour savoir si la modélisation est valide? Où peut-on le lire? Q17. La période de révolution de la planète autour de l étoile est identique à la périodicité temporelle de la vitesse radiale. Déterminer la période de révolution de cette planète autour de son étoile : Q18. Proposez des modifications permettant d améliorer la précision de vos résultats. Val Cette courbe sera également utilisée ultérieurement pour déterminer la masse de l exoplanète...