Transcript chapitre_viii - Lycée Romain Rolland

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 trouvet-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 )