Effetto Doppler

Margaux Khalil (École Estienne), Julien Bobroff, Frédéric Bouquet (Laboratoire de Physique des solides, Université Paris-Sud and CNRS) opentp.fr/it

Livello : Media

1 giorno

L'obiettivo dell'esperienza consiste nella rilevazione e misurazione dell'effetto Doppler nel caso di sorgente in movimento rispetto ad un osservatore in quiete.

La Fisica

L’effetto Doppler è un fenomeno fisico secondo cui la frequenza di un’onda periodica rilevata da un ricevitore varia se il ricevitore o la sorgente sono in moto. In questa esperienza la sorgente è in movimento e l’osservatore in quiete e la frequenza rilevata è data da: f1 = f (V/V-Vs) indicando con Vs la velocità del suono e con f la frequenza emessa dalla sorgente.

Smartphone 1 per emissione suono
Cassa acustica bluetooth
Smartphone 2 per rilevazione suono
2 cronometri

Materiali

Lo smartphone per l’emissione del suono deve essere dotato di un’app che consenta di variare la frequenza del segnale emesso (come ad esempio TRUE TONE). Lo smartphone per la rilevazione del segnale deve essere dotato dell’app PHYPHOX.

PASSO 1

Misura una distanza Δx fissando due punti sul pavimento aiutandoti con il nastro adesivo colorato. Posiziona due osservatori, ognuno con il suo cronometro, in corrispondenza dei punti segnati per la misura dell’intervallo di tempo Δt. Posiziona un’altro osservatore con lo Smartphone 2 alla fine del percorso.

PASSO 2

Collega l’amplificatore bluetooth allo Smartphone 1 e fai partire il segnale ad una determinata frequenza usando l’app TRUE TONE. Un ragazzo corre lungo il percorso a velocità costante e sostenuta con l’amplificatore in mano. Si può ripetere l’esperimento per velocità diverse.

PASSO 3

Fai avviare contemporaneamente i due cronometri nel momento in cui il corridore inizia la sua corsa; fai rilevare da ciascun osservatore l’istante del passaggio del corridore dalla propria posizione.

La differenza dei tempi determinerà l’intervallo di tempo Δt. L’intervallo Δt può essere calcolato anche da una sola persona che rilevi i tempi di transito per le due posizioni. Determina la velocità del corridore.

PASSO 4

L’osservatore 3, attraverso lo Smartphone 2, avvia dall’app PHYPHOX la funzione Audio Scope nel momento in cui il corridore passa nella posizione iniziale e la blocca quando il corridore oltrepassa la posizione finale. L’app rileva, in funzione del tempo, l’ampiezza del segnale emesso dall’amplificatore.

PASSO 5

Raccogli i dati con l’app, esportali su Excel utilizzando la funzione Export Data ed elaborane il grafico. Verifica che la frequenza che ricavi dal grafico corrisponda al valore calcolabile con la formula dell’effetto Doppler.

Come si ricava la frequenza dal grafico ampiezza-tempo?

La frequenza dal grafico si ricava calcolando il periodo, cioè la differenza dei tempi corrispondenti a due creste. Per ridurre l’errore sulla misura della frequenza è consigliabile calcolare la distanza tra le ascisse della prima e della sesta cresta ( vedi grafico slide 10) e dividere il risultato per 5.

Perchè abbiamo calcolato la velocità del corridore?

La velocità del corridore ci permette di verificare che la frequenza rilevata sia uguale a quella rilevata con la formula dell’effetto Doppler (slide 2).

CONCLUSIONE

Nell’esperienza quotidiana l’effetto Doppler si osserva con velocità superiori ai 15 m/s (ad esempio l’ambulanza). Con l’uso dell’app PHYPHOX si può rilevare anche una minima variazione di frequenza anche ad una velocità di 5 m/s.