Comprendre le principe de l'échographie - Hachette

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Pour commencer Ondes ultrasonores 1 Mesurer une distance grâce à une durée Un émetteur et un récepteur de salves ultrasonores sont placés côte à côte à une distance d d’un écran. L’émetteur et le récepteur sont reliés à un système d’acquisition. Écran d Émetteur Récepteur On obtient le graphique suivant : Récepteur Émetteur t 1 = 10,2 t 2 = 13,6 1. À quoi correspondent les dates t 1 et t 2 ? 2. Que représente la durée (t 2 – t 1 ) ? Vers le système d’acquisition Vers le système d’acquisition Temps (en ms) 3. La vitesse des ultrasons dans l’air est égale à 340 m · s –1 . Calculer la distance d. Ondes électromagnétiques 2 Réflexion et réfraction 1. Reproduire le schéma ci-contre. Identifier l’angle d’incidence et l’angle de réfraction. 2. Tracer le rayon réfléchi et repérer l’angle de réflexion. 3 Connaître les lois de la réflexion et de la réfraction 1. a. Énoncer les lois relatives au phénomène de réflexion. b. Faire un schéma illustrant ces lois. 2. a. Énoncer les lois relatives au phénomène de réfraction. b. Faire un schéma illustrant ces lois. i air I i verre n air n verre Exercices 4 Reconnaître un schéma de réfraction et de réflexion Un rayon incident se propage dans un milieu homogène, puis atteint la surface séparant ce milieu d’un autre. Quels sont les schémas corrects parmi les quatre proposés ci-dessous ? a Normale b Milieu 1 Milieu 2 I c Normale d Milieu 1 Milieu 2 I Milieu 1 Milieu 2 Milieu 1 Milieu 2 Normale 12 Les ondes au service du diagnostic médical I Normale 5 Réflexion eau-air Une source lumineuse émet un faisceau incident qui se propage dans de l’eau puis atteint la surface de séparation eau-air. 1. Réaliser un schéma à partir de la photographie ci-contre en identifiant les deux rayons. 2. Si on diminue l’angle d’incidence, observerat-on toujours ce phénomène ? 6 Une fibre optique De la lumière se propage à l’intérieur d’une fibre optique. n 2 = 1,0 n 1 = 1,5 I 1. En utilisant les valeurs numériques indiquées sur le schéma ci-dessus, vérifier par le calcul qu’au point I l’angle limite de réfraction, noté i limite , vaut 42°. 2. Recopier le schéma, puis représenter la marche du rayon lumineux à l’intérieur de la fibre optique. I 181
Exercices 182 Pour s’entraîner 7 Fibroscopie Un fibroscope est un tube souple composé de deux réseaux de fibres optiques, l’un véhiculant un faisceau de lumière blanche, l’autre étant muni d’une caméra vidéo permettant d’obtenir l’image. 1. Quelles propriétés doit posséder la fibre optique d’un fibroscope ? 2. Quel est le rôle de la lumière blanche ? 3. Expliquer le principe de propa gation de la lumière dans une fibre optique. 4. Quel est l’intérêt de la fibroscopie ? 8 Échographie L’échographie est une technique permettant d’observer l’intérieur du corps humain. Une sonde échographique placée au contact de la peau est constituée d’un émetteur et d’un récepteur d’ondes ultrasonores. Les ondes ultrasonores émises ont des fréquences comprises entre 3 MHz et 10 MHz. Une partie de ces ondes est réfléchie par les organes et retourne vers le récepteur. La position des organes à observer est repérée à partir des durées des allers et retours des ondes. 1. Vérifier que les ondes utilisées sont bien ultrasonores et non pas sonores. 2. Sur quel principe physique fonctionne l’échographie ? 3. Comment l’appareil d’échographie détermine-t-il la position de l’organe ? 4. Pourquoi cette technique se nomme-t-elle échographie ? 5. Quel est l’intérêt de l’échographie ? 9 À chacun son rythme Cet exercice est proposé à deux niveaux de difficulté. Dans un premier temps, essayer de résoudre l’exercice de niveau 2. En cas de difficultés, passer au niveau 1. On place un objet face à un émetteur et un récepteur de salves ultrasonores. Écran Objet Récepteur Émetteur On effectue une acquisition. On obtient ces signaux : Niveau 2 À quelle distance l’objet se trouve-t-il de l’émetteur et du récepteur ? Niveau 1 1. Justifier l’allure du signal représenté en rouge. 2. Que représentent Δt1 et Δt2 ? 3. On mesure l’intervalle de temps Δt 1 = 1,80 ms. À quelle distance correspond-il ? La vitesse des ultrasons dans l’air est 340 m · s –1 . Calculer cette distance. 10 La radiographie Les rayons X sont des ondes électromagnétiques de même nature que la lumière visible. Lors d’une radiographie du corps humain, les rayons X produits par un émetteur tra- 1 2 versent le corps. Ils sont plus ou moins atténués suivant les organes traversés. Un poumon paraît noir car il absorbe peu les rayons X. À l’inverse, les os paraissent blancs car ils les absorbent beaucoup. Des détecteurs permettent un traitement informatique des images obtenues. 1. Dessiner un schéma du principe d’une radiographie. 2. Quelles sont les fréquences des rayons X utilisés ? 3. Nommer les parties 1 et 2 repérées sur le cliché.
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