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Double effet doppler



  1. #1
    Jakone05

    Double effet doppler


    ------

    Bonjour,

    Je travaille actuellement dans le cadre de mon TIPE à la détermination de la vitesse de chute du sable par effet doppler. Une question que je n'arrive pas à résoudre me turlupine: dans le cadre d'une utilisation de l'effet doppler après réflexion (plus précisément diffusion) d'ondes ultrasonores sur le sable, y a-t-il un double effet Doppler, et si oui, comment peut on modifier la loi Doppler?

    Je m'explique, voici mon expérience:
    Du sable est placé dans un entonnoir à ouverture rectangulaire. Lorsque je libère la fente, le sable coule. Un émetteur émet des ultrasons en direction de la nappe de sable crée (avec un certain angle, histoire d'avoir le plus de vitesse radiale possible). Les ondes sont diffusées par le sable, et un récepteur (placé juste à côté de l'émetteur et avec la même inclinaison) récupère les ondes diffusées.
    Un traitement multiplieur+filtre et une acquisition sur oscillo puis ordi me permet d'obtenir la différence de fréquence entre l'émission et la réception, d'en déduire la vitesse radiale du sable puis sa vitesse réelle.

    Je trouve une vitesse de l'ordre de 1.6m/s alors que la théorie prévoit environ 0.4m/s. L'écart n'est pas énorme, mais mon professeur de physique m'a parlé d'un double effet doppler dû au fait qu'il y a une sorte "d'aller-retour" des ondes.
    Peut-on alors considérer d'une part que la source est l'émetteur et le sable le récepteur en mouvement ; et d'autre part que le sable est un "second émetteur" en mouvement et enfin le récepteur à ultrasons un récepteur fixe?

    Dans ce cas comment déterminer la vitesse?
    Si on note f0 la fréquence des ondes à l'émission et f1 à la réception, pour un montage classique, la loi Doppler donne:
    (f0-f1)/f0 = Vr/c avec Vr la vitesse radiale et c=340m/s

    A première vu, il faudrait juste combiner deux lois doppler, mais je m'embrouille un peu avec la vitesse radiale, s'il faut prendre en compte des angles, etc... et je n'arrive pas à trouver une formule cohérente...

    Quelqu'un pourrait-il m'éclairer?
    Merci d'avance!

    -----

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  3. #2
    NicoEnac

    Re : Double effet doppler

    Bonjour,

    Citation Envoyé par Jakone05 Voir le message
    Je trouve une vitesse de l'ordre de 1.6m/s alors que la théorie prévoit environ 0.4m/s. L'écart n'est pas énorme
    Tout d'abord je ne suis pas du tout d'accord avec cet avis : il y a un facteur multiplicatif de 4 ! Ce n'est pas du tout négligeable !

    En ce qui concerne le double-effet Doppler : l'exemple "bateau" du Doppler c'est l'ambulance. Elle emet un son à une certaine fréquence mais en raison de sa vitesse, le passant, immobile, en perçoit une autre plus ou moins rapide en fonction de la direction de l'ambulance. Néanmoins si ce passant pouvait renvoyer suffisamment d'onde sonore vers l'ambulance pour que ses occupants puissent l'entendre, ils constateraient que la fréquence a une nouvelle fois changé.
    "Quand les gens sont de mon avis, il me semble que je dois avoir tort."O.Wilde

  4. #3
    NicoEnac

    Re : Double effet doppler

    Disons que l'onde sonore de l'ambulance est émise à une fréquence f0. Lors de l'aller de l'onde sonore (disons que l'ambulance se rapproche du passant à la vitesse V), la fréquence devient f1>f0. On peut ensuite assimiler la réverbération de cette onde à une emission d'onde de la part du passant à une fréquence f1. Or dans le référentiel de l'ambulance, ce dernier se déplace à la vitesse V ce qui entraine à nouveau une fréquence plus élevée f2>f1>f0. Il y a donc double effet Doppler.

    Pour ton problème c'est la même chose :

    A l'aller de l'onde, le sable la perçoit avec une fréquence décalée puis la "réémet" vers ton récepteur qui, comme il se déplace dans le référentiel du sable, va le recevoir également décalée. L'effet est cumulatif et ne se compense pas.

    Est-ce clair ?
    "Quand les gens sont de mon avis, il me semble que je dois avoir tort."O.Wilde

  5. #4
    Jakone05

    Re : Double effet doppler

    Quand je dis que ça n'est pas énorme, je sous entend que je n'ai pas trouvé une vitesse abhérante, du genre 50m/s voir plus... Surtout que l'expérience que je réalise n'est pas censé être un modèle indéniable de mesure (retrouver un ordre de grandeur correct est déjà pas mal), et que la théorie a été faite avec pas mal d'approximations. Cet écart n'est donc pas extrêmement allarmant.

    On est d'accord, il y a bien un deuxième changement de fréquence. Mon problème reste de pouvoir déterminer la vitesse en tenant compte de ce phénomène...
    Quelqu'un pour m'aider?

    PS:A part, NicoEnac, tu es à l'Enac ou ça a aucun rapport? J'ai passé l'enac pilote cette année mais j'ai été éliminé de peu aux psychotechniques la semaine dernière... :/


    Edit: réponse en différé, je n'avais pas vu la tienne Nico...
    C'est en effet ce que j'ai considéré dans mon calcul. Et grâce à la formule de l'effet Doppler, j'ai recombiné l'aller et le retour pour obtenir une formule "finale" avec la variation de fréquence entre f0 et f2...
    Je trouve une formule un peu meurtrière, mais ma vitesse de divise déjà par deux, ce qui est déjà mieux. Le point qui m'embête, c'est le fait que mes émetteurs et récepteurs sont incinés par rapport à la direction du sable, et je me demande s'il y a l'angle à prendre en compte lorsque l'onde se trouve au voisinage du sable et qu'elle est rediffusée vers le récepteur...
    Dernière modification par Jakone05 ; 03/06/2009 à 15h56.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    NicoEnac

    Re : Double effet doppler

    Citation Envoyé par Jakone05 Voir le message
    A part, NicoEnac, tu es à l'Enac ou ça a aucun rapport?
    J'en suis sorti en juillet dernier en tant qu'ingénieur en aéronautique. Les tests psycho pour devenir pilote sont très très méchants et il faut être vraiment entrainé pour les passer.

    Citation Envoyé par Jakone05 Voir le message
    Le point qui m'embête, c'est le fait que mes émetteurs et récepteurs sont incinés par rapport à la direction du sable, et je me demande s'il y a l'angle à prendre en compte lorsque l'onde se trouve au voisinage du sable et qu'elle est rediffusée vers le récepteur...
    Ca m'embête aussi car oui l'angle d'incidence joue. Selon moi (on me contredira si j'ai faux), c'est bien la vitesse dans la direction de l'onde qui joue : dans le cas d'une ambulance qui tourne autour de toi à une distance constante (pas de vitesse dans ta direction donc), pas d'effet Doppler. Dans l'application de ta formule, tu parles bien de vitesse radiale qui est en fait la vitesse du sable projetée sur l'axe point d'impact sur le sable-émetteur/récepteur.

    Mauvaise nouvelle pour toi si ton émetteur émet face au flux de sable car la vitesse que tu calculeras sera plus grande que précédemment, bonne nouvelle si tu émet "dans le sens" du sable car ta vitesse sera plus petite.
    "Quand les gens sont de mon avis, il me semble que je dois avoir tort."O.Wilde

  8. #6
    NicoEnac

    Re : Double effet doppler

    Petit schéma très sommaire pour expliquer
    Images attachées Images attachées  
    "Quand les gens sont de mon avis, il me semble que je dois avoir tort."O.Wilde

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  10. #7
    Jakone05

    Re : Double effet doppler

    Ce schéma est exactement la situation de mon expérience.
    Tu considères que c'est le cas où mon émetteur émet face au flux de sable? Je comprends pas en quoi c'est une mauvaise nouvelle, dans tous les cas je récupère un signal diffusé par le sable. Et grâce au montage multiplieur+filtre, ce signal que j'obtiens sur l'oscilloscope correspond directement au décalage de fréquence et donc à l'effet Doppler.

    Je n'arrive pas à voir l'influence des angles sur la formule. Je ne suis même pas sûr qu'il y en ai une, étant donné, comme tu l'as rappelé, que la formule fait intervenir la vitesse radiale seulement, et que celle-ci reste la même, sauf que pour l'aller c le "récepteur" qui est en mouvement et inversement pour le retour...

    Pas d'autres avis pour nous éclairer?

    J'en suis sorti en juillet dernier en tant qu'ingénieur en aéronautique. Les tests psycho pour devenir pilote sont très très méchants et il faut être vraiment entrainé pour les passer.
    C'est le psychomoteur qu'il ma éliminé, bien que je pensait l'avoir bien réussi... Ca sera peut-être pour l'an prochain.
    En tous cas bravo, l'aéronautique est un domaine plutôt passionnant, et y'a des chances que je m'oriente là-dedans selon les écoles que j'aurais.

    Edit: je viens de comprendre ta dernière phrase, j'émets en effet face au flux du sable, mais ne t'inquiète pas, la vitesse que j'annonçais être de 1.6 m/s est la vitesse réelle du sable, déjà projetée, pas la radiale (qui était effectivement plus faible).
    Dernière modification par Jakone05 ; 03/06/2009 à 19h37.

  11. #8
    NicoEnac

    Re : Double effet doppler

    Citation Envoyé par Jakone05 Voir le message
    Je n'arrive pas à voir l'influence des angles sur la formule.
    Dans ta formule, tu vas calculer une vitesse radiale, c-à-d la vitesse du sable projetée sur la direction des ultrasons. Pour trouver la vitesse de chute du sable, il te suffit de diviser cette vitesse calculée par le cosinus de l'angle entre le rayon ultrasonore et la direction du sable.
    "Quand les gens sont de mon avis, il me semble que je dois avoir tort."O.Wilde

  12. #9
    LPFR

    Re : Double effet doppler

    Bonjour.
    Je suis d'accord avec ce qui vient d'être dit. Donc, je pense que le canular vient du système de traitement du signal.
    Le son est réfléchi dans une zone large (de combien?) comparable ou supérieure à la longueur d'onde. Donc la phase des signaux de retour est un joli mélange de toutes les phases possibles. Avez-vous regardé à l'oscilloscope la forme du signal capté (avant multiplication)?

    Comment faites-vous pour que l'émetteur soit directif? D'habitude ils crachent dans un cône très large.
    Pourriez-vous nous poster un dessin avec le dispositif expérimental?
    Quelle est la fréquence travail?
    Au revoir.

  13. #10
    Jakone05

    Re : Double effet doppler

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Bonjour.
    Je suis d'accord avec ce qui vient d'être dit. Donc, je pense que le canular vient du système de traitement du signal.
    Le son est réfléchi dans une zone large (de combien?) comparable ou supérieure à la longueur d'onde. Donc la phase des signaux de retour est un joli mélange de toutes les phases possibles. Avez-vous regardé à l'oscilloscope la forme du signal capté (avant multiplication)?

    Comment faites-vous pour que l'émetteur soit directif? D'habitude ils crachent dans un cône très large.
    Pourriez-vous nous poster un dessin avec le dispositif expérimental?
    Quelle est la fréquence travail?
    Au revoir.
    Bonjour, et merci pour votre réponse,

    Tout d'abord, ce n'est pas du son que j'utilise, mais des ultrasons. L'émission est donc naturellement directive, et mon émetteur est orienté directement sur la nappe de sable avec un angle de 35° par rapport à la verticale (afin d'avoir suffisamment de vitesse radiale sans arroser de sable mon matériel!). Le travail s'effectue à 40kHz, fréquence des ultrasons.

    En effet, je ne vous cache pas que le signal récupéré comporte énormément de bruits, mais il présente une sinusoïde largement exploitable (même les analyses de fourrier me donnent une bande fréquence très distincte des harmoniques parasites). J'ai effectué 10 mesures de la sorte, et les résultats tournent tous autour de la même vitesse.

    En théorie, sans le multiplieur et le filtre, le signal observé reste une sinusoïde mais dont la fréquence va varier lors de la chûte du sable, ce qui est assez difficilement exploitable.
    Je multiplie le signal reçu par le récepteur avec le signal d'entrée (qui est donc à 40 000kHz), et je coupe la composante haute fréquence grâce au filtre passe bas, afin de n'obtenir que la composante de fréquence "la variation de fréquence entre l'émission et la réception" elle même. La sinusoïde que j'obtiens est donc directement exploitable afin de déterminer la vitesse radiale du sable, puis sa vitesse réelle par projection. Tout cela est censé très bien marcher, car je l'ai réalisé dans une première expérience avec une table mobile dont les vitesses sont indiquées. Et je retrouve par effet Doppler exactement la vitesse de la table. Sauf bien sûr, que cette fois la réception est directe, les ondes ne sont pas diffusées par un quelconque objet.

    Pour répondre à votre première question, la longueur de ma fente est de 12 cm, ce qui est suffisamment large pour obtenir une diffusion (et non pas réflexion, sinon je ne capterais rien en retour, étant donné l'angle d'incidence) des ondes par le sable.


    Je vais produire un schéma de mon montage en complétant celui de NicoEnac.

  14. #11
    Jakone05

    Re : Double effet doppler

    Voici le montage de mon expérience. Peut être qu'il vous aidera à mieux visualiser mes explications.
    Images attachées Images attachées  

  15. #12
    LPFR

    Re : Double effet doppler

    Re.
    Le schéma n'est pas encore validé.
    Je suis très surpris de la directivité de votre source de son ou ultrason. Les ultrasons ne sont qu'une gamme des sons.
    Avez-vous vérifié la notice de la source? C'est quoi comme modèle? Car faire une source directionnelle avec une longueur d'onde de 8 mm demande une surface nettement plus grande de lambda, et du coup le rayonnement est nécessairement aussi beaucoup plus large que la longueur d'onde.
    Vous dites:
    "En théorie, sans le multiplieur et le filtre, le signal observé reste une sinusoïde..."
    Ceci est vrai si vous avez un seul objet qui réfléchit le son (ou les ultrasons), mais quand vous avez plusieurs, vous n'avez pas une sinusoïde mais autant de sinusoïdes que d'objets, avec des phases relatives qui dépendent de la position relative des objets.

    Avez-vous regardé le signal reçu (avant traitement) quand il y a du sable qui chute et quand il n'y en a pas?
    Car avec ou sans sable, le signal reçu est dominé par le son direct de la source réfléchi par les parois fixes.
    A+

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  17. #13
    Jakone05

    Re : Double effet doppler

    La validation du schéma se fait par un administrateur je suppose? Ou je suis censé faire quelquechose?

    Que quelqu'un me corrige si je me trompe, mais les ultrasons sont directifs par nature. Contrairement au son audible qui se propage dans tous l'espace, ils se propagent dans la seule direction où il sont émis...
    Je ne connais pas précisément le modèle de mes émetteurs à ultrasons, il s'agit de ceux du laboratoire de mon Lycée, et énormément d'élèves les utilisent dans le cadre de leur TIPE.

    Vous dites:
    "En théorie, sans le multiplieur et le filtre, le signal observé reste une sinusoïde..."
    Ceci est vrai si vous avez un seul objet qui réfléchit le son (ou les ultrasons), mais quand vous avez plusieurs, vous n'avez pas une sinusoïde mais autant de sinusoïdes que d'objets, avec des phases relatives qui dépendent de la position relative des objets.
    C'est effectivement le cas, et c'est ce qui est la source des bruits que j'observe sur la sinusoïde obtenue. Seulement, mes grains de sable étant tous très proches les uns des autres, constituant quasiment une "nappe" de sable, j'observe tout de même une sinusoïde majeure dont il est possible de mesurer la période et donc la fréquence... J'essaierai de poster tout à l'heure une copie d'une des courbe que j'obtiens pour vous montrer à quoi ça ressemble.

    Avez-vous regardé le signal reçu (avant traitement) quand il y a du sable qui chute et quand il n'y en a pas?
    Avant traitement, quand le sable ne chute pas, je n'obtiens rien du tout puisqu'il n'y a rien pour diffuser mes ondes. Lorsque je libère le sable, j'observe le même type de sinusoïde qu'avec le traitement, c'est à dire une sinusoïde majeure mais pas mal endomagée (bien entendu l'oscilloscope est calibré autrement puisqu'on a pas du tout les mêmes ordres de fréquence avec et sans le traitement). Pour être franc, l'expérience a été particulièrement difficile à réaliser dans la mesure où j'ai eu beaucoup de mal à récupérer du signal. Il m'a fallu de nombreuses heures (précieuses en classe prépa!) avant d'observer ne serais-ce qu'un signe de vie sur mon oscilloscope. Mais une fois les ultrasons bien orientés et l'oscilloscope bien calibré, j'ai pu obtenir ces résultats.

    Je suis loin d'être expérimenté, mais je ne pense pas qu'il y ai de problème au niveau du traitement électrique, c'est souvent utilisé dans des manipulations classiques de l'effet doppler, et particulièrement utile.

  18. #14
    Jakone05

    Re : Double effet doppler

    Voici une des courbes que j'obtiens.
    Images attachées Images attachées  

  19. #15
    LPFR

    Re : Double effet doppler

    Re.
    Citation Envoyé par Jakone05 Voir le message
    La validation du schéma se fait par un administrateur je suppose? Ou je suis censé faire quelquechose?
    À part vous armer de patience, rien.

    Mais si ça met trop longtemps, vous pouvez toujours le poster chez un hebergeur d'images gratuit, comme celui-ci

    Citation Envoyé par Jakone05 Voir le message
    Que quelqu'un me corrige si je me trompe, mais les ultrasons sont directifs par nature. Contrairement au son audible qui se propage dans tous l'espace, ils se propagent dans la seule direction où il sont émis...
    Je ne connais pas précisément le modèle de mes émetteurs à ultrasons, il s'agit de ceux du laboratoire de mon Lycée, et énormément d'élèves les utilisent dans le cadre de leur TIPE.
    Vous vous trompez. Les ultrasons ne sont pas plus directifs que les autres sons. La directivité d'un émetteur dépend surtout de la surface émissive et obéit aux règles de la diffraction et interférence, comme toutes les ondes.

    Les transducteurs courants ont un rayonnement proche de cos(thêta). C'est à dire que leur directivité est bien pire que celle d'un fusil à canon scié.

    Citation Envoyé par Jakone05 Voir le message
    C'est effectivement le cas, et c'est ce qui est la source des bruits que j'observe sur la sinusoïde obtenue. Seulement, mes grains de sable étant tous très proches les uns des autres, constituant quasiment une "nappe" de sable, j'observe tout de même une sinusoïde majeure dont il est possible de mesurer la période et donc la fréquence... J'essaierai de poster tout à l'heure une copie d'une des courbe que j'obtiens pour vous montrer à quoi ça ressemble.
    Si le sable constituait une nappe, il ne produirait pas d'effet Doppler.
    Je pense que la sinusoïde que vous voyez est celle de votre source.

    Citation Envoyé par Jakone05 Voir le message
    Avant traitement, quand le sable ne chute pas, je n'obtiens rien du tout puisqu'il n'y a rien pour diffuser mes ondes.
    Vous n'avez pas de réflexion sur les parois?
    J'attends avec impatience pour voir votre montage et où se trouvent la source et le récepteur.
    Citation Envoyé par Jakone05 Voir le message
    Lorsque je libère le sable, j'observe le même type de sinusoïde qu'avec le traitement, c'est à dire une sinusoïde majeure mais pas mal endomagée (bien entendu l'oscilloscope est calibré autrement puisqu'on a pas du tout les mêmes ordres de fréquence avec et sans le traitement). Pour être franc, l'expérience a été particulièrement difficile à réaliser dans la mesure où j'ai eu beaucoup de mal à récupérer du signal. Il m'a fallu de nombreuses heures (précieuses en classe prépa!) avant d'observer ne serais-ce qu'un signe de vie sur mon oscilloscope. Mais une fois les ultrasons bien orientés et l'oscilloscope bien calibré, j'ai pu obtenir ces résultats.
    Oui. Je veux bien croire que ce n'était pas simple d'obtenir quelque chose. Mais la manip avec du sable me semble viciée à la base. Il aurait été plus sage et aussi formateur de faire une détection d'intrusion.

    Citation Envoyé par Jakone05 Voir le message
    Je suis loin d'être expérimenté, mais je ne pense pas qu'il y ai de problème au niveau du traitement électrique, c'est souvent utilisé dans des manipulations classiques de l'effet doppler, et particulièrement utile.
    Comme je vous l'ai dit je vois plutôt comme douteuses les hypothèses de départ à propos du signal réfléchi par le sable en mouvement. Et sur la directivité de la source.


    En attendant la validation....
    A+

  20. #16
    Jakone05

    Re : Double effet doppler

    C'est bon, les images sont actualisées.

    En faite au début, j'ai tenté encore plus osé: mesurer la vitesse d'une pluie... Mais là pour le coup, j'avais vraiment vraiment rien! Donc l'idée du sable restait dans la même optique et me permettait d'avoir beaucoup plus de diffusion. Sinon, qu'est-ce que la détection d'intrusion?

    Hum, je veux bien vous croire pour la directivité des ultrasons, mais mon prof de physique m'avait dit le contraire, et après avoir cherché sur internet, j'ai trouvé de nombreux forum où ils affirmaient que c'était directif... De tout de façon je n'obtiens aucun signal quand il n'y a aucun obstacle, seulement quand le sable tombe, donc ça ne peut pas être le signal d'entrée que je reçois. Les ondes ne se réfléchissent pas sur la paroi quand il n'y a pas de sable, il y a simplement de l'espace libre derrière, enfin vous allez voir vous-même avec l'image.

    Si le sable constituait une nappe, il ne produirait pas d'effet Doppler.
    Je pense que la sinusoïde que vous voyez est celle de votre source.
    Oui il constitue une nappe afin qu'il y ait suffisamment de sable pour renvoyer les ondes. Du moment qu'il est en mouvement, il produit de l'effet doppler, tout dépend comment j'oriente mes ultrasons.
    C'est sûr que si je les oriente perpendiculairement à ma nappe, je n'aurai aucune composante de la vitesse du sable selon la direction de propagation et donc aucun effet doppler...
    L'idéal aurait été que je place mes instruments à ultrasons juste en dessous du jet de sable, mais cela reviendrait bien sûr à les arroser. Mais du moment qu'il y a suffisamment de vitesse radiale, il y a de l'effet Doppler.

    De plus, le signal que j'obtiens ne peut être que dû à l'effet Doppler puisqu'il a pour fréquence la différence de fréquence elle même.
    Je m'explique:

    Si le signal d'entrée est de la forme Ue=A cos(we*t)
    et le signal récupéré par le récepteur Us=A'cos(ws*t) (sans prendre de phase en compte, simplement les pulsations pour avoir une idée)
    le signal en sortie du multiplieur est de la forme
    Um=Bcos(we*t)cos(ws*t)

    c'est à dire Um=(B/2)[cos(we+ws)t + cos(we-ws)t]

    Comme we=2Pi*fe avec fe=40kHz, we est de l'ordre de 250 s-1 et comme ws est proche de we, (we+ws) est de l'ordre de 500s-1
    En revanche, fe-fs est de l'ordre de la centaine d'hertz.
    Mon filtre passe bas coupe les fréquences supérieures à 1kHz, au final il me reste donc seulement:
    Uf=Ccos(we-ws)t, c'est à dire que la sinusoide que j'obtiens a directement pour fréquence celle recherchée pour l'effet doppler...
    Le signal observé ne peut donc pas être celui de la source.

    J'espère vous avoir convaincu à ce sujet.
    Très sincèrement, ça fait depuis l'année dernière que j'axe mon TIPE sur l'effet Doppler, j'ai effectué d'autres manipulations bien plus simple utilisant ce montage électrique, et ça a toujours indéniablement marché.
    C'est juste que là, le phénomène observé est bien plus compliqué.
    Dites moi ce que vous pensez de tout ça, en rapport avec le schéma et la courbe obtenue.

  21. #17
    NicoEnac

    Re : Double effet doppler

    Citation Envoyé par Jakone05 Voir le message
    Je trouve une vitesse de l'ordre de 1.6m/s alors que la théorie prévoit environ 0.4m/s.
    Comment obtiens-tu cette vitesse ?
    "Quand les gens sont de mon avis, il me semble que je dois avoir tort."O.Wilde

  22. #18
    LPFR

    Re : Double effet doppler

    Bonjour.
    Bien vu NinoEnac.
    0,4 m/s correspondent à la chute sur 8 mm!
    Au revoir.

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  24. #19
    Jakone05

    Re : Double effet doppler

    Citation Envoyé par NicoEnac Voir le message
    Comment obtiens-tu cette vitesse ?
    Par deux manières, une théorique et une autre expérimentale.

    La théorique a nécessité pas mal d'approximations: j'ai modélisé l'entonnoir par deux plans inclinés (connaissant l'angle d'inclinaison des deux parois) supposés infinis (ce qui représente une première approximation pas absurde, ma fente mesurant 12 cm de longueur et 1 cm de largeur). De plus, le débit massique pour le sable est quasiment constant pour le sable en raison des frottements solides sur les parois qui induisent une force résultante verticale dirigée vers le haut , ce qui diffère d'un liquide par exemple pour lequel le débit dépend de la quantité de liquide dans l'entonnoir. En supposant l'écoulement stationnaire, on arrive avec quelques formules de mécaflux à retrouver la vitesse du sable au niveau de la fente.
    Cela a donné une vitesse de 0.4 m/s.

    Ce qui a été confirmé par la deuxième méthode expérimentale: mesure du débit massique du sable à travers la fente de l'entonnoir.
    J'ai mesuré la masse volumique du sable et comme le débit vaut
    Dm=µvS avec µ la masse volumique, v la vitesse et S la surface de la fente, j'ai pesé la masse de sable s'écoulant pendant un temps donné et j'ai obtenu ce que la théorie a prévu: 0.4 m/s (sur 10 essais, ce qui réduit les marges d'erreurs).

    0,4 m/s correspondent à la chute sur 8 mm!
    Je comprends pas très bien ce que vous voulez dire...

  25. #20
    LPFR

    Re : Double effet doppler

    Citation Envoyé par Jakone05 Voir le message
    Je comprends pas très bien ce que vous voulez dire...
    Re.
    Cela veut dire qu'un boulet de canon prend une vitesse de 0,4 m/s quand il chute d'une hauteur de 8 mm. Un grain de sable prendra sûrement un peu moins car la friction de l'air est moins négligeable. Mais quand ce grain de sable se trouve entouré d'autres grains de sable qui chutent avec lui, ils entraînent l'air avec eux et il n'y reste pas beaucoup de friction.
    Ce qui arrive au sable dans l'entonnoir n'a que peu d'influence sur la vitesse du sable quand il est en chute libre.
    Et ça veut dire que votre valeur de 0,4 m/s n'est valable que près de la fente (à 1 cm de la sortie).
    A+

  26. #21
    NicoEnac

    Re : Double effet doppler

    Quelle formule obtiens-tu pour calculer la vitesse radiale en fonction de la fréquence initiale, de celle du signal retour et de la vitesse de l'onde ?
    "Quand les gens sont de mon avis, il me semble que je dois avoir tort."O.Wilde

  27. #22
    LPFR

    Re : Double effet doppler

    Re.
    La même formule dont vous aviez parlé au début de la discussion:

    si v << c cela donne:

    A+

  28. #23
    Jakone05

    Re : Double effet doppler

    Citation Envoyé par NicoEnac Voir le message
    Quelle formule obtiens-tu pour calculer la vitesse radiale en fonction de la fréquence initiale, de celle du signal retour et de la vitesse de l'onde ?
    Tu parles de la formule que j'ai calculé en considérant le double effet Doppler? Et qui me donne pour vitesse moitié moins que celle sans le considérer?

    Et ça veut dire que votre valeur de 0,4 m/s n'est valable que près de la fente (à 1 cm de la sortie).
    En effet il parait normal que la vitesse varie au cours de la chute dans l'air, mais a sûrement eu très peu d'influence sur ma mesure: comme je l'ai dit, j'ai eu beaucoup de mal à obtenir un signal en retour. Pour voir quelque chose, j'ai du placer mes instruments à ultrasons proche de la fente (à peut-être 3 ou 4 centimètres) afin d'avoir assez de retour d'onde. Donc je pense pas que la vitesse ait varié d'un facteur 5 sur seulement 2 centimètre de chute!

    si v << c cela donne:
    Dans ma formule, je n'ai pas le facteur 1/2, qui m'arrange largement d'ailleurs puisqu'il ferait passer ma vitesse à 0.8 m/s, déjà plus proche de la théorie.
    La loi Doppler donne normalement: fs=fo*(1-v/c)
    D'où tire-tu cette formule?

  29. #24
    NicoEnac

    Re : Double effet doppler

    Citation Envoyé par NicoEnac Voir le message
    Quelle formule obtiens-tu pour calculer la vitesse radiale en fonction de la fréquence initiale, de celle du signal retour et de la vitesse de l'onde ?
    La question s'adressait plus à Jakone pour vérifier que ce n'était pas une bête erreur dans l'établissement de celle-ci (sans vouloir dénigrer son travail Les pires erreurs sont toujours les plus bêtes, celles tellement énormes qu'on ne pense même pas qu'on ait pu faire une erreur à cet endroit).
    "Quand les gens sont de mon avis, il me semble que je dois avoir tort."O.Wilde

  30. Publicité
  31. #25
    LPFR

    Re : Double effet doppler

    Re.
    Pour la formule, il ne s'agit de "l'effet Doppler" simple. Mais du double. Regardez dans ce fascicule la déduction des deux cas d'effet Doppler "simple" plus l'effet double dans la page 6-3.
    Et je pense que vous mesurez n'importe quoi. Et je pense que je devrais laisser tomber. Vous êtes mal encadré, et vous pensez que votre prof ou les forums sont plus crédibles que moi. J'ai hésité à vous répondre. Il est inutile de vous donner mon opinion si vous ne me croyez pas.
    La courbe que vous avez donnée est celle après la multiplication et le filtrage. Je vous posais la question sur la courbe avant avec le sable et sans le sable. Vous m'avez répondu que sans le sable vous ne voyiez rien. Est-ce ce que vous pensez ou ce que vous avez constaté? Je crois que c'est ce que vous souhaitez.
    Car même si vous n'avez pas montré votre dispositif, il est évident que vous devez avoir une réflexion au moins de l'entonnoir.
    La courbe que vous avez montrée montre que c'est un battement entre deux fréquences autour de 130 Hz avec un décalage d'environ 17 Hz. C'est à dire 125 et 140 Hz. Ça pue le canular.

    En fait, la multiplication est faite en analogique ou en numérique après numérisation? Et le filtrage?
    A+

  32. #26
    Jakone05

    Re : Double effet doppler

    Citation Envoyé par NicoEnac Voir le message
    La question s'adressait plus à Jakone pour vérifier que ce n'était pas une bête erreur dans l'établissement de celle-ci (sans vouloir dénigrer son travail Les pires erreurs sont toujours les plus bêtes, celles tellement énormes qu'on ne pense même pas qu'on ait pu faire une erreur à cet endroit).
    fs=fo*(1-v/c) <=> v=c*(fo-fs)/fo

    Je ne l'ai pas établi, c'est la formule générale de l'effet doppler (non relativiste) que l'on peut trouver un peu partout dans les bouquins ou sur internet. Si je considère le double effet doppler, j'obtiens en combinant cette formule à l'aller et au retour:

    v=c*(1-racine(1-(fo-fs)/fo)) (désolé je ne sais pas comment on publie une formule, ça m'intéresse d'ailleurs!)

    Celle là par contre, je l'ai établi, elle m'a fait un peu peur au début mais elle me donne 0.8 m/s (vitesse réelle, déjà projeté sur la verticale), soit moitié moins que lorsqu'on ne considère pas le double effet.

  33. #27
    Jakone05

    Re : Double effet doppler

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    Et je pense que vous mesurez n'importe quoi. Et je pense que je devrais laisser tomber. Vous êtes mal encadré, et vous pensez que votre prof ou les forums sont plus crédibles que moi. J'ai hésité à vous répondre. Il est inutile de vous donner mon opinion si vous ne me croyez pas.
    Il est totalement inutile de s'emporter comme ça.
    Si j'ai posté ici, c'est pour avoir différents avis. C'est un forum de débat et de discussion, si je suis censé admettre ce que le premier inconnu me dit, je n'ai rien à faire là. Je ne sais même pas qui vous êtes et ce que vous faites, alors oui je préfère croire ma professeur de physique qui est agrégée et qui enseigne dans un des meilleur lycée parisien depuis peut être 20 ans, plutôt qu'un inconnu. Il est fort possible que vous soyez très expérimenté mais dans ce cas je n'en sais rien. Votre opinion m'intéresse, mais si je suis ici c'est pour pouvoir discuter les problèmes qui se présentent à mon TIPE.

    La courbe que vous avez donnée est celle après la multiplication et le filtrage. Je vous posais la question sur la courbe avant avec le sable et sans le sable. Vous m'avez répondu que sans le sable vous ne voyiez rien. Est-ce ce que vous pensez ou ce que vous avez constaté? Je crois que c'est ce que vous souhaitez.
    Et vous pensez mal. Je ne suis pas ici pour dissimuler les erreurs que j'ai pu faire, mais pour les comprendre. Je vous dit que je n'ai obtenu aucun signal sans le sable, même à amplitude maximale. Sinon, je n'aurais pas eu autant de mal à obtenir un retour d'onde avec le sable si j'observais déjà quelque chose lorsque rien ne bouge.

    Très sincèrement, j'apprécie votre aide, mais je trouve un peu blessant la façon dont vous dénigrez mon travail. Il ne s'agit pas d'une manipulation effectuée avec du matériel haute performance, seulement d'une expérience réalisée avec le matériel d'un lycée, ayant pour but de mesurer approximativement la vitesse de chute d'un sable. Rassurez vous, je ne compte pas déposer un brevet, seulement essayer de montrer au jury que j'ai effectué un travail conséquent durant cette année et expliquer les problèmes qui limitent les résultats expérimentaux.

    Malgré ce petit accrochage, je reste ouvert à toute remarque supplémentaire ayant pour but de m'orienter. Et je vous remercie pour votre fascicule qui va sûrement m'être d'une grande aide.

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