Comprendre le principe de l'échographie - Hachette

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4 Comprendre le principe de propagation de la lumière dans une fibre optique La fibroscopie est une méthode permettant d’explorer les organes à l’intérieur du corps. Un dispositif de fibroscopie comprend deux fibres optiques : l’une éclaire la zone à examiner, l’autre transmet l’image à l’observateur. Comment se propage la lumière à l’intérieur d’une fibre optique ? A Observation d’une fibre optique � Diriger l’une des extrémités d’une fibre optique vers une source lumineuse (doc. 10). � Observer l’autre extrémité. 1. Qu’observe-t-on à l’autre extrémité de la fibre ? 2. Schématiser une fibre optique et imaginer la propagation de la lumière dans cette fibre. doc. 10 Fibre optique dirigée vers l’écran d’un ordinateur servant de source lumineuse. B Expérimentation � Diriger un faisceau lumineux monochromatique vers un demi-cylindre de plexiglas. � Régler le dispositif comme indiqué sur le document 11. Au niveau du point I, le faisceau lumineux se propage du plexiglas vers l’air. doc. 11 Le dispositif expérimental utilisé. i 1 i r I i 2 � Activités 3. Schématiser le dispositif et repérer le faisceau incident, le faisceau réfléchi et le faisceau réfracté. Repérer aussi les angles correspondants. Indiquer sur ce schéma l’indice de réfraction de l’air et celui du plexiglas. 4. Proposer un protocole permettant de trouver la relation entre l’angle d’incidence i 1 et l’angle de réflexion i r . 5. Après l’accord du professeur, réaliser l’expérience. En déduire la relation entre l’angle d’incidence i 1 et l’angle de réflexion i r . 6. Le faisceau réfracté existe-t-il toujours ? Sinon, quelle est la valeur maximale de l’angle de réfraction i 2 ? 7. En utilisant la loi de Snell-Descartes relative à la réfraction, calculer la valeur de l’angle d’incidence limite pour lequel l’angle de réfraction est maximal. 8. Quel est le phénomène observé lorsque l’angle d’incidence est supérieur à l’angle d’incidence limite ? 9. Reprendre le schéma de la question 2 en utilisant le phénomène observé précédemment. 12 Les ondes au service du diagnostic médical 175
Cours 176 Certaines techniques de diagnostic médical utilisent des ondes ultrasonores ou électromagnétiques. Lorsqu’elles se propagent dans le corps, ces ondes peuvent être plus ou moins réfléchies ou absorbées par les organes. La nature des ondes utilisées et des phénomènes physiques mis en jeu permettent de distinguer divers types de diagnostics. 1 1.1 Principe de l’écho L’activité 1 a montré qu’une onde ultrasonore est en partie réfléchie lorsqu’elle atteint un obstacle. La mesure de la durée Δt de l’aller-retour de cette onde entre l’émetteur-récepteur et l’obstacle (doc. 1) permet de calculer la distance d les séparant. Pour cela, il faut connaître la vitesse de propagation v de cette onde dans le milieu : d = v × Δt 2 , avec d en m, v en m · s–1 et Δt en s. 1.2 Application à l’échographie L’échographie (doc. 2) est une technique qui utilise des ultrasons. Les ultrasons utilisés ont des fréquences comprises entre 2 MHz et 20 MHz. 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 deux milieux différents. La partie réfléchie est reçue par la sonde et analysée par un système informatique. 2 Ondes ultrasonores 2.1 Les lois de Snell-Descartes Pour commencer, exercice 1, p. 179 Ondes électromagnétiques Lorsqu’un faisceau de lumière monochromatique se propageant dans un milieu d’indice de réfraction n 1 rencontre un autre milieu d’indice de réfraction n 2 (doc. 3), il peut : – changer de milieu : c’est la réfraction (étudiée au chapitre 3) ; – rester dans le même milieu : c’est la réflexion. Lois pour la réflexion • Le rayon incident, le rayon réfléchi et la normale sont contenus dans le plan d’incidence. • Les angles d’incidence et de réflexion vérifient la relation i1 = ir . Rappelons les lois de Snell-Descartes pour la réfraction : • Le rayon incident, le rayon réfracté et la normale sont contenus dans le plan d’incidence. • Le rayon incident et le rayon réfracté sont de part et d’autre de la normale. • Les angles et les indices sont liés par : n 1 · sin i 1 = n 2 · sin i 2 . n 1 est l’indice de réfraction du milieu 1, n 2 celui du milieu 2. �t Rayon incident Milieu 1 Indice n1 Salves émises Salves réfléchies doc. 1 Émission-réception d’ondes sonores. doc. 2 Principe de l’échographie. Deux informations sont exploitées pour construire l’image : – la durée de l’aller-retour permet de connaître la distance séparant la sonde de l’organe observé ; – l’intensité du signal réfléchi permet de mettre en évidence les divers organes qui sont représentés sur l’écran par des nuances de gris. Milieu 2 Indice n2 i 1 Plan d’incidence Normale Rayon réfléchi I i r i 2 t Surface de séparation Rayon réfracté doc. 3 Schématisation de la réfraction et de la réflexion. Le rayon incident rencontre la surface de séparation au point I (point d’incidence).
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