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

1. Ondes sonores et ondes électromagnétiques a) Qu’est-ce qu’une onde ? Texte 1 : Les ronds à la surface de l’eau sont des se déplaçant. ondes

Un autre exemple : Une « ola » est une bonne modélisation d’une onde : on observe une qui se déplace de dans le stade, mais les supporters restent à leur place : on dit qu’il n’y a pas de perturbation de proche en proche transport de matière.

CONCLUSION : Un bouchon flottant à la surface de l’eau : Lorsqu’un bouchon flottant sur l’eau est atteint par une onde, il à la surface de l’eau, mais il n’est pas emporté par la oscille perturbation Une onde est …

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 : c’est 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 l’onde sonore créée. Que peut-on dire des fréquences des 2 signaux, émis et capté ? l’air sonore

Expérience 2 : On relie un GBF à un fil qui sert d’antenne émettrice d’une 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 d’antenne réceptrice. Que peut-on dire des fréquences des 2 signaux, émis et capté ? électromagnétique Lorsqu’une source …

Sons audibles pour l’homme. c) Domaine de fréquence L’oreille humaine est … F en Hz Infrasons Ultrasons Sons audibles pour l’homme. 20 Hz 20 000 Hz Doc. 2.

c) Domaine de fréquence

Wifi et téléphone portable c) Domaine de fréquence L’œil humain est … Rayons gamma Rayons X UV IR Micro-ondes Ondes radio 106 109 1012 1015 1018 1021 F en Hz Radio AM Radio FM TV Wifi et téléphone portable Scanner corporel Fibroscopie Radiographie X Eléments radioactifs Lumières visibles Doc. 3.

d) Milieu de propagation 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. Une onde sonore …

e) Vitesse de propagation Expérience 5 : Mesure de la vitesse des ultrasons (US). 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 l’émetteur vers le récepteur. Δt = …….. - En déduire une valeur expérimentale approchée de la vitesse du son dans l’air. v = - Comparer à la valeur donnée v = 340 m.s-1 Générateur sur 12 V Emetteur Récepteur R E d = 30cm

La valeur approchée de la vitesse de … Dans le vide ou dans l’air, la vitesse de …

Tableau 1 : Valeur de la vitesse du son dans différents milieux air Dioxyde de carbone eau chloroforme fer Béton V (m.s-1) 340 290 1500 960 6000 Remarque : la vitesse de propagation du son est …

2. Ondes et imagerie médicale. a) Transmission (ou réfraction) d’une onde (expérience 6) Chercher si la transmission des ultrasons dépend de la matière et de l’épaisseur d’un 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 l’amplitude reçue. Générateur sur 12 V obstacle Emetteur Récepteur R E d = 10cm Obstacle air 1 feuille de papier 3 feuilles de papier Polystyrène carton toile de jute mousse Amplitude Réf Faible Très fai. Faible TF Forte Forte

La transmission des ultrasons de l’air vers un milieu : MILIEU : obstacle

Onde transmise ou réfractée La transmission des ultrasons de l’air vers un milieu : AIR MILIEU : obstacle Onde incidente Onde transmise ou réfractée Utmax Uimax T T La fréquence d’une onde ne change pas lorsqu’elle ……….

La transmission des ultrasons de l’air vers un milieu : MILIEU 1 : obstacle 1 MILIEU 2 : obstacle 2

La transmission des ultrasons de l’air vers un milieu : MILIEU 1 : obstacle 1 MILIEU 2 : obstacle 2 La transmission d’une onde de l’air vers un milieu dépend ……….

La transmission des ultrasons de l’air vers un milieu : MILIEU : obstacle Mais aussi ……….

Une fois transmise, l’onde est alors absorbée par le milieu : MILIEU : obstacle Plus l’épaisseur traversée est grande et plus l’absorbance … .

Une fois transmise, l’onde est alors absorbée par le milieu : L’absorbance dépend du milieu traversé.

Application à la radiographie (scanner) :

Compléter texte 2 (sur feuille 2) Texte 2 : Au cours de leur , les ondes sont à cause de l’interaction entre l’onde et le milieu de propagation. Cet affaiblissement de leur amplitude dépend du milieu de propagation, de la nature et de la de l’onde. Ce phénomène, appelé , permet d’explorer la matière. Exemple : le corps humain à l’aide des . propagation absorbées fréquence absorption rayons X (scanner)

b) Réflexion ; lois de Snell-Descartes Lorsqu’une onde atteint la surface séparant deux milieux, une partie de l’onde est … Expérience 7 : phénomène de l’écho. Réflexion des ultrasons. - Placer côte à côte l'émetteur et le récepteur. -Ajouter un obstacle à 10 cm en face d'eux et évaluer l’amplitude du signal reçu. Observations. Obstacle 1 feuille de papier 3 feuilles de papier Polystyrène carton toile de jute mousse Amplitude Forte très fo Forte forte faible faible Conclusion : plus une onde est réfléchie, moins elle est …

La réflexion des ultrasons : AIR MILIEU : obstacle

Onde transmise ou réfractée La réflexion des ultrasons : AIR MILIEU : obstacle Onde incidente T Onde transmise ou réfractée T Onde réfléchie T La fréquence de l’onde réfléchie est ……….

Vidéo sur l’origine de l’échographie Vidéo sur le principe de l’échographie :

L’échographie est une technique qui utilise des. qui ont des L’échographie est une technique qui utilise des qui ont des comprises 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 d’ultrasons. Lorsqu’ils 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

Courbe diapo suivante

10 20 30 40 50 60 h (m) 100 150 200 250 300 x (m) A B C D E

b) Réflexion ; lois de Snell-Descartes Expérience 8 : Envoyer un faisceau lumineux (dit rayon incident) sur un demi-cylindre en plexiglas placé sur un disque gradué en angle. 20 Angle d’incidence i1 Normale 90 Angle de réflexion iR Doc.5 Plan d’incidence Compléter le schéma du doc.5 ci-contre par : la « normale », l’ « angle d’incidence », le « rayon réfléchi » et le « plan d’incidence ». Comparer les angles d’incidence i1 et les angles de réflexion iR correspondants. En déduire les lois de Snell-Descartes pour la réflexion.

D’où les lois de Snell-Descartes pour la réflexion : 1ère loi : 2ème loi :

Milieu 1 Indice n1 Normale Angle d’incidence i1 Angle de réflexion iR Doc.6 Milieu 2 Indice n2 > n1

c) Réfraction ; lois de Snell-Descartes Expérience 9 : On s’intéresse cette fois-ci au rayon transmis ou réfracté. Compléter le schéma du doc.5 ci-contre par : le « rayon réfracté » et l’ « angle de réfraction ». 20 Angle d’incidence i1 Normale 90 Angle de réfraction i2 iR Doc.5 Plan d’incidence La réfraction est le … L’angle de réfraction dépend de la valeur de l’angle d’incidence : quelle loi relie ces 2 grandeurs ?

Compléter le tableau suivant quand le milieu 1 est l’air et le milieu 2 le plexiglas : sin i1 sin i2 sin i1/sin i2 20 40 60 80 / ~ 13 0.34 ~ 0.22 ~ 1.5 ~ 25 0.64 ~ 0.42 ~ 35 0.87 ~ 0.57 ~ 40 0.98 ~ 0.64

La vitesse de propagation de la lumière dépend du milieu dans lequel elle se propage. On appelle indice de réfraction d’un milieu homogène transparent le rapport : Vitesse de la lumière dans le vide 3,00.108 m.s-1. c n = v Vitesse de la lumière dans le milieu considéré en m.s-1. Remarque : Exemple :

i1 (°) i2 (°) sin i1 sin i2 sin i1/sin i2 / 20 ~ 13 0.34 ~ 0.22 ~ 1.5 40 ~ 25 0.64 ~ 0.42 60 ~ 35 0.87 ~ 0.57 80 ~ 40 0.98 ~ 0.64 Comparer la valeur du rapport sin i1/sin i2 au rapport n2/n1. Conclusion. D’où les lois de Snell-Descartes pour la réfraction : 1ère loi : 2ème loi : Remarque : Si le milieu 1 est l’air ou le vide, n1 =

Comparer les valeurs de i1 et i2 quand n1 < n2. Remarque : Si n1 < n2, alors

Milieu 1 Indice n1 Normale Angle d’incidence i1 Angle de réflexion iR Doc.6 Milieu 2 Indice n2 > n1 Angle de réfraction i2

d) Réflexion totale Comparer les valeurs de i1 et i2 quand n1 > n2. Milieu 1 Indice n1 Normale Angle d’incidence i1 Angle de réflexion iR Doc.7 Angle de réfraction i2 Milieu 2 Indice n2 < n1 Par la loi de Snell-Descartes …

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

Application : la fibre optique utilisée dans la fibroscopie.