Les ondes au service du diagnostic médical. Chapitre n°8  Les ondes au service du diagnostic médical.

I – Les Ondes 1 - Définition générale. Une onde est la propagation d’une perturbation sans transport de matière. Il existe deux sortes d’ondes : - les ondes mécaniques (le son, les vagues sur l’eau, les ondes sismiques, etc.) - les ondes électromagnétiques (la lumière, les rayons X, etc.).

2 - Vitesse de propagation d’une onde.   On appelle vitesse moyenne d’un objet, le quotient de la distance d parcourue (par cet objet) par la durée Δt du parcours. 

II – Ondes sonores 1 –Définitions: Une onde sonore est un phénomène périodique qui se propage par une suite de compressions et de dilatations du milieu de propagation.

A chaque onde sonore correspond une fréquence f et une période de vibration T du milieu matériel. Les infrasons et ultrasons sont inaudibles pour l’oreille humaine. Les sons ayant pour une fréquence comprise entre 20 Hz et 2,0.104 Hz sont audibles par l’homme.

2 – Application à la médecine: L’échographie Une sonde échographique est un émetteur-récepteur. Les ondes pénètrent dans notre corps: une partie d’entre elles sont réfléchies (ex: os). La mesure de la durée Δt entre départ de l’onde et le retour de l’écho permet de déterminer à quelle distance se trouve l’organe observé. C’est également le principe du Sonar.

III – Ondes Electromagnétiques 1 – Définitions: Une onde électromagnétique correspond à la propagation simultanée d’un champ électrique et magnétique. Une onde électromagnétique peut se propager dans le vide ou à travers la matière.

L’œil humain peut percevoir uniquement les ondes électromagnétiques comprises 400 et 800 nm.

- Vitesse de la lumière (aussi appelée célérité de la lumière) vaut : c = 3,00.108 m.s–1. - Vitesse du son dans l’air: vson = 340 m.s-1. - Vitesse du son dans l’eau: veau = 1500 m.s-1

2 – Applications: Les Rayons X Même principe que l’échographie, sauf qu’ici les ondes sont électromagnétiques.

3 – La réfraction: Lorsqu’un rayon lumineux change de milieu (air, eau), ce rayon est dévié suivant un angle précis: c’est la réfraction.

La relation mathématique qui lie l’angle incident et réfracté est donné par la loi de Descartes: n1 sin(i) = n2 sin(r) n1 est l’indice de réfraction du milieu incident. n2 est l’indice de réfraction du milieu réfracté.

4 - Réflexion totale: Fibroscopie  Quand un rayon arrive sur l’interface verre/air, il existe un angle d’incidence i au-delà duquel la lumière est totalement réfléchie. On dit qu’il y a réflexion totale de la lumière. Ce phénomène est utilisé dans le fonctionnement des fibres optiques.

Exercice d’application: Lors d’un vol, une chauve-souris émet des ultrasons. Elle reçoit l’écho 0,04 seconde plus tard. 1 – Quelle est la vitesse des ultrasons dans l’air? 2 – Quel est le trajet effectué par l’onde durant ces 0,04 seconde? 3 – A quelle distance de l’obstacle la chauve-souris se trouve-t-elle?

Exercice: Un bateau envoi des ultrasons à une vitesse v pour évaluer la profondeur de l’eau. 1 – Faire un schéma de la situation. 2 – v= 1500 m.s-1 , le signal est détecté 2,8 secondes après son émission. Quelle est la profondeur de l’eau.

Exercice: Un rayon lumineux se propage dans l’air et arrive à la surface de l’eau avec un angle incident de 34°. 1 – Ecrire la relation de Descartes avec n1 indice de l’air, n2 indice de l’eau. 2 –Trouver l’angle de réfraction r. Données: n1= 1,0 n2= 1,33 r = arcsin (sin r )