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Chap. 5 : Des ondes au service du diagnostic médical.

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1 Chap. 5 : Des ondes au service du diagnostic médical.

2 1. Ondes sonores et ondes électromagnétiques a) Quest-ce quune onde ? Texte 1 : Les ronds à la surface de leau sont des se déplaçant. ondes

3 Un autre exemple : Une « ola » est une bonne modélisation dune onde : on observe une qui se déplace de dans le stade, mais les supporters restent à leur place : on dit quil ny a pas de perturbationde proche en proche transport de matière.

4 Un bouchon flottant à la surface de leau : CONCLUSION : Lorsquun bouchon flottant sur leau est atteint par une onde, ilà la surface de leau, mais il nest pas emporté par la oscille perturbation Une onde est …

5 b) Source et fréquence Expérience 1 : On relie un GBF à un haut parleur (HP) dont la membrane se met à vibrer à la fréquence F. Cela crée une vibration de qui se propage de proche en proche sans transport de matière : cest une onde qui se propage. On visualise alors simultanément sur un oscilloscope la tension délivrée par le GBF et celle délivrée par un microphone qui capte londe sonore créée. Que peut-on dire des fréquences des 2 signaux, émis et capté ? lair sonore

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8 Expérience 2 : On relie un GBF à un fil qui sert dantenne émettrice dune onde (OEM) qui alors se propage. On visualise simultanément sur un oscilloscope la tension délivrée par le GBF et celle reçue par un autre fil servant dantenne réceptrice. Que peut-on dire des fréquences des 2 signaux, émis et capté ? électromagnétique Lorsquune source …

9 c) Domaine de fréquence Loreille humaine est … F en Hz Doc Hz Hz Sons audibles pour lhomme. Infrasons Ultrasons

10 c) Domaine de fréquence

11 Lœil humain est … Rayons gammaRayons XUVIRMicro- ondes Ondes radio F en Hz Radio AM Radio FM TV Wifi et téléphone portable Scanner corporel Fibroscopie Radiographie X Eléments radioactifs Lumières visibles Doc. 3.

12 d) Milieu de propagation Une onde sonore … Expérience 4 : Proposer une expérience qui montre que les ondes sonores ne peuvent pas se propager dans le vide alors que les ondes électromagnétiques le peuvent.

13 e) Vitesse de propagation Expérience 5 : Mesure de la vitesse des ultrasons (US). Générateur sur 12 V Emetteur Récepteur RE d = 30cm a. Montage Il est donné sur le schéma ci-contre. Une fiche technique donnant le fonctionnement de cet ensemble émetteur-récepteur à US est disponible sur la table. b. Expérience. -Mesurer la durée mise par les ultrasons pour aller de lémetteur vers le récepteur. Δt = …….. - En déduire une valeur expérimentale approchée de la vitesse du son dans lair. v = - Comparer à la valeur donnée v = 340 m.s -1

14 La valeur approchée de la vitesse de … Dans le vide ou dans lair, la vitesse de …

15 Tableau 1 : Valeur de la vitesse du son dans différents milieux Milieu air Dioxyde de carbone eauchloroformeferBéton V (m.s -1 ) Remarque : la vitesse de propagation du son est …

16 2. Ondes et imagerie médicale. a) Transmission (ou réfraction) dune onde (expérience 6) Générateur sur 12 V obstacle Emetteur Récepteur RE d = 10cm Chercher si la transmission des ultrasons dépend de la matière et de lépaisseur dun obstacle ? - L'émetteur E et le récepteur R étant distants de 10 cm, placer entre eux des obstacles de natures différentes. - Observer le signal du récepteur et évaluer à chaque fois lamplitude reçue. Obstacleair1 feuille de papier 3 feuilles de papier Polystyrènecartontoile de jute mousse Amplitude Réf Faible Très fai. Faible TF Forte Forte

17 La transmission des ultrasons de lair vers un milieu : AIR MILIEU : obstacle

18 AIR MILIEU : obstacle La transmission des ultrasons de lair vers un milieu : Onde incidenteOnde transmise ou réfractée T T La fréquence dune onde ne change pas lorsquelle ………. U imax U tmax

19 La transmission des ultrasons de lair vers un milieu : AIR MILIEU 1 : obstacle 1 MILIEU 2 : obstacle 2

20 La transmission des ultrasons de lair vers un milieu : AIR MILIEU 1 : obstacle 1 La transmission dune onde de lair vers un milieu dépend ………. MILIEU 2 : obstacle 2

21 La transmission des ultrasons de lair vers un milieu : AIR MILIEU : obstacle Mais aussi ……….

22 Plus lépaisseur traversée est grande et plus labsorbance …. Une fois transmise, londe est alors absorbée par le milieu : MILIEU : obstacle

23 Labsorbance dépend du milieu traversé. Une fois transmise, londe est alors absorbée par le milieu : MILIEU 1 MILIEU 2

24 Application à la radiographie (scanner) :

25 Texte 2 : Au cours de leur, les ondes sont à cause de linteraction entre londe et le milieu de propagation. Cet affaiblissement de leur amplitude dépend du milieu de propagation, de la nature et de la de londe. Ce phénomène, appelé, permet dexplorer la matière. Exemple : le corps humain à laide des. propagation absorbées fréquence absorption rayons X (scanner) Compléter texte 2 (sur feuille 2)

26 Expérience 7 : phénomène de lécho. Réflexion des ultrasons. - Placer côte à côte l'émetteur et le récepteur. -Ajouter un obstacle à 10 cm en face d'eux et évaluer lamplitude du signal reçu. Observations. Obstacle1 feuille de papier 3 feuilles de papier Polystyrènecartontoile de jute mousse Amplitude b) Réflexion ; lois de Snell-Descartes Lorsquune onde atteint la surface séparant deux milieux, une partie de londe est … Conclusion : plus une onde est réfléchie, moins elle est … Forte très fo Forte forte faible faible

27 La réflexion des ultrasons : AIR MILIEU : obstacle

28 La réflexion des ultrasons : AIR MILIEU : obstacle Onde incidenteOnde transmise ou réfractée Onde réfléchie T T T La fréquence de londe réfléchie est ……….

29 Vidéo sur lorigine de léchographie Vidéo sur le principe de léchographie :

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31 Léchographie est une technique qui utilise des qui ont descomprises entre 2 et 20 MHz soit entre 2.10 et 2.10 Hz. Une sonde échographique est à la fois un émetteur et un récepteur dultrasons. Lorsquils se propagent dans le corps, ces ultrasons sont plus ou moins réfléchis par les parois séparant 2 milieux différents. La partie réfléchie est reçue par la sonde et analysée par un système informatique. Doc. 4. ultrasons fréquences 6 7

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36 Courbe diapo suivante

37 h (m) x (m) AB C D E

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39 b) Réflexion ; lois de Snell-Descartes Exp é rience 8 : Envoyer un faisceau lumineux (dit rayon incident) sur un demi-cylindre en plexiglas plac é sur un disque gradu é en angle. Compl é ter le sch é ma du doc.5 ci-contre par : la « normale », l « angle d incidence », le « rayon r é fl é chi » et le « plan d incidence ». Comparer l es angles d incidence i 1 et l es angles de r é flexion i R correspondants Normale Plan dincidence Doc.5 Angle dincidence i 1 Angle de réflexion i R En déduire les lois de Snell-Descartes pour la réflexion.

40 Doù les lois de Snell-Descartes pour la réflexion : 1 ère loi : 2 ème loi :

41 Milieu 2 Indice n 2 > n 1 Milieu 1 Indice n 1 Doc.6 Angle dincidence i 1 Normale Angle de réflexion i R

42 c) Réfraction ; lois de Snell-Descartes Exp é rience 9 : On s int é resse cette fois-ci au rayon transmis ou r é fract é. Compl é ter le sch é ma du doc.5 ci-contre par : le « rayon r é fract é » et l « angle de r é fraction » Normale Plan dincidence Doc.5 Angle dincidence i 1 iRiR Angle de réfraction i 2 La réfraction est le … Langle de réfraction dépend de la valeur de langle dincidence : quelle loi relie ces 2 grandeurs ?

43 i 1 (°)i 2 (°)sin i 1 sin i 2 sin i 1 /sin i Compl é ter le tableau suivant quand le milieu 1 est l air et le milieu 2 le plexiglas : 000/ ~ ~ 0.22~ 1.5 ~ ~ 0.42~ 1.5 ~ ~ 0.57~ 1.5 ~ ~ 0.64~ 1.5

44 La vitesse de propagation de la lumière dépend du milieu dans lequel elle se propage. On appelle indice de réfraction dun milieu homogène transparent le rapport : n = c v Vitesse de la lumière dans le vide 3, m.s -1. Vitesse de la lumière dans le milieu considéré en m.s -1. Remarque : Exemple :

45 i 1 (°)i 2 (°)sin i 1 sin i 2 sin i 1 /sin i / 20~ ~ 0.22~ ~ ~ 0.42~ ~ ~ 0.57~ ~ ~ 0.64~ 1.5 Comparer la valeur du rapport sin i 1 /sin i 2 au rapport n 2 /n 1. Conclusion. Doù les lois de Snell-Descartes pour la réfraction : 1 ère loi : 2 ème loi : Remarque : Si le milieu 1 est lair ou le vide, n 1 =

46 Comparer les valeurs de i 1 et i 2 quand n 1 < n 2. Remarque : Si n 1 < n 2, alors

47 Milieu 2 Indice n 2 > n 1 Milieu 1 Indice n 1 Doc.6 Angle dincidence i 1 Normale Angle de réflexion i R Angle de réfraction i 2

48 d) Réflexion totale Comparer les valeurs de i 1 et i 2 quand n 1 > n 2. Milieu 2 Indice n 2 < n 1 Milieu 1 Indice n 1 Doc.7 Angle dincidence i 1 Normale Angle de réflexion i R Angle de réfraction i 2 Par la loi de Snell-Descartes …

49 Il existe alors … Comment réaliser cette expérience (10) avec le matériel précédent ? Mettre alors en évidence la « réflexion totale ».

50 Application : la fibre optique utilisée dans la fibroscopie.

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