Etude d un phénomène périodique

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1 Seconde Thème santé Activité n (expérimentale) Etude d un phénomène périodique Connaissances Compétences - Savoir identifier un signal périodique, en repérant l'un de ses motifs - Savoir déterminer la période d'un signal périodique à partir d'un enregistrement - Savoir utiliser la relation liant la période à la fréquence - A partir d'une fréquence exprimée en Hertz, savoir l'exprimer en Coups Par Minute - S'approprier la problématique proposée - Réaliser : mise en œuvre des protocoles expérimentaux proposés, réaliser des calculs - Valider : critiquer la cohérence des résultats obtenus - Communiquer : rendre compte des résultats sous forme écrite - Etre autonome face aux protocoles proposés But du TP : - Mettre en évidence un phénomène périodique pour en mesurer la période et la fréquence. - Etudier la relation entre le flux sanguin et les battements cardiaques Principe : Ce TP se décompose en deux parties : Il s agira dans un premier temps de visualiser et d enregistrer le flux sanguin. Par la suite, on enregistrera un électrocardiogramme complet à l aide d électrodes. Dans les deux cas, on déterminera une fréquence. Rappels : Un phénomène périodique est un phénomène qui se répète identique à lui même à intervalles de temps égaux. Il est caractérisé par sa période T et sa fréquence f. La relation qui lie la période à la fréquence est : (f exprimée en Hertz (Hz) et T en seconde (s)) Le rôle du cœur est de faire circuler le sang à travers tout le corps : les battements du cœur génèrent dans les veines et vaisseaux une modification du flux sanguin. Problématique : Y a-t-il une corrélation entre la fréquence cardiaque et la fréquence des afflux de sang à l extrémité du doigt? Les expériences qui suivent vont permettre de le savoir..enregistrement du flux sanguin :.. Principe de la mesure : Dans le monde médical, il est possible d étudier le flux sanguin dans un doigt à l aide d un «oxymètre de pouls». Une image de cet appareil ainsi qu un schéma explicatif de son principe sont présentés ci-contre. L appareil repose sur le fait que lorsque le flux sanguin varie, la quantité de lumière qui traverse le doigt varie également. En mesurant cette quantité de lumière, on peut alors visualiser l'évolution du flux sanguin. Vous allez utiliser un montage électronique qui illustre le principe de fonctionnement de cet appareil..2. Dispositif expérimental: Le montage électronique et les paramètres d'acquisition sont intégralement réalisés à votre arrivée. Montage électronique LED doigt console LDR ESAO affichage

2 - La LED rouge envoie un flux lumineux puissant qui traverse le doigt. - La LDR (composant sensible à la lumière) mesure l'intensité lumineuse reçue après le passage de la lumière à travers le doigt. - Le montage électronique rend exploitable la tension recueillie aux bornes de la LDR. - La console ESAO convertit le signal électrique en un signal utilisable par l'ordinateur. - L'ordinateur traduit le signal et permet l'affichage des variations de l'intensité lumineuse..3. Réalisation de l enregistrement: - Mettre en marche le générateur de tension permettant l'allumage de la LED. - Placer le doigt entre la LED et la LDR et ne plus bouger. - Lancer l'acquisition qui durera 0 secondes. - Recommencer l'acquisition tant que le résultat n'est pas satisfaisant. Faire contrôler par le professeur l'enregistrement obtenu..4. Exploitation: Le but de cette exploitation est de déterminer la fréquence du flux sanguin, exprimée en Coups Par Minute (CPM). - A l aide de l onglet "compte-rendu", placer 2 enregistrements sur une feuille et les imprimer (LASER SVT 2). - Le signal obtenu est-il périodique? Expliquer. Le signal obtenu est périodique car il se répète régulièrement dans le temps. Toutefois, il ne se répète pas parfaitement identiquement à lui-même. - Sur l'enregistrement imprimé, visualiser, à l'aide d'une flèche, une période, que l'on notera T. Voir schéma - Sur l'enregistrement imprimé, surligner un motif complet. Voir schéma - A l'écran, réaliser la mesure de la période du flux sanguin. Pour cela, utiliser l outil "Pointeur" du logiciel à l'aide d'un clic droit sur la zone de graphique. Noter le résultat. A l aide de l outil pointeur, directement dans la fenêtre du logiciel, on peut déterminer pour l enregistrement ci-dessus : T = 0,80 s (ce résultat dépend de la personne qui a servi de «cobaye»)

3 - A l'aide de la relation donnée en rappel, déterminer la fréquence du flux sanguin. Attention à l'unité de T qui doit être exprimée en seconde dans la relation. f = avec T = 0,80 s d où : T f = =,25 Hz soit «,25 pulsations sanguines par seconde» 0,80 - La fréquence du flux sanguin est généralement exprimée en Coups Par Minute (CPM). Dans cette unité, elle exprime le nombre de "pulsations sanguines" par minute. Indiquer comment convertir la fréquence exprimée en Hertz pour obtenir la fréquence exprimée en CPM. Réaliser le calcul. Le nombre de pulsations comptées chaque minute est 60 fois plus élevé que le nombre de pulsations comptées chaque seconde soit : f(cpm) = f(hz) x 60 Pour l enregistrement précédent : f(cpm) =,25 x 60 = 75 CPM 2.Enregistrement d un électrocardiogramme (ECG): 2.. Principe de la mesure : Un électrocardiogramme (ECG) est un examen au cours duquel on enregistre l activité cardiaque en posant de nombreuses électrodes sur le torse et sur les poignets et chevilles (voir schéma ci-contre). Les graphiques obtenus renseignent sur le fonctionnement du cœur et les éventuelles pathologies. On utilisera au lycée un appareillage simplifié qui ne nécessite que trois électrodes placées aux poignets et à la cheville Dispositif expérimental: Placement des électrodes : La mesure nécessite la mise en place de trois électrodes : une à chacun des poignets et la troisième à la cheville gauche. Relier les électrodes aux fils de l interface en respectant les couleurs suivantes : - poignet gauche : jaune - poignet droit : rouge - cheville gauche : violet Préparation du logiciel : Les paramètres du logiciel sont déjà enregistrés. Vérifier que la durée de l acquisition est égale à 0 secondes. Réglage préliminaire : Avant de lancer la mesure, procéder au réglage de l intensité du signal : à l aide de la molette située sur le boitier ESAO et en jouant sur la hauteur de la ligne rouge, faire en sorte que le signal électrique ne coupe qu une seule fois cette ligne rouge (référence).

4 2.3. Obtention de l électrocardiogramme: Pendant la durée de l acquisition, rester assis et bien immobile. Lancer l acquisition. La recommencer jusqu à ce que le résultat soit satisfaisant. A la fin de l acquisition, ne pas décoller les électrodes Exploitation: - A l aide de l onglet "compte-rendu", placer 2 ECG sur une feuille et les imprimer (LASER SVT 2). - L'ECG obtenu est-il périodique? Expliquer. Le signal obtenu est périodique car il se répète régulièrement dans le temps. Toutefois, il ne se répète pas parfaitement identiquement à lui-même. - Sur l'ecg imprimé, visualiser,à l'aide d'une flèche,une période, que l'on notera T. Voir schéma - Sur l'ecg imprimé, surligner un motif complet. Voir schéma - A l'écran, réaliser la mesure de la période des battements cardiaques. (on peut mesurer 5 T ou 0 T pour gagner en précision). A l aide du pointeur, on peut mesurer la durée qui équivaut à 5 périodes : 5 T = 3,8 s On en déduit : T = 3,8 / 5 = 0,76 s - A l'aide de la relation donnée en introduction, déterminer la fréquence des pulsations cardiaques. f = avec T = 0,76 s d où : T f = =,32 Hz soit «,32 battements par seconde» 0,76 - Convertir le résultat précédent pour exprimer la fréquence cardiaque en Coups Par Minute (CPM). Pour l enregistrement précédent : f(cpm) =,32 x 60 = 79,2 CPM Remarque:Dans un autre module, le logiciel permet d'obtenir directement la fréquence cardiaque (en CPM). Il faut pour cela basculer sur l'onglet Fréquence et réaliser l'acquisition sur une durée minute de la fréquence cardiaque.

5 3.Conclusion : 3.. Flux sanguin et rythme cardiaque : En comparant les résultats de la première et de la deuxième expérimentation, peut-on établir un lien entre le rythme cardiaque et la cadence du flux sanguin? Expliquer. Les valeurs des deux déterminations sont proches : il y a donc corrélation entre le rythme cardiaque et la cadence du flux sanguin. A chaque battement de cœur correspond un afflux de sang à l extrémité du doigt. En déduire le principe de la mesure du pouls. Pour mesurer le rythme cardiaque, on place le doigt sur le poignet ou la carotide : chaque impulsion ressentie sous le doigt, le «pouls», correspond à un afflux de sang et donc à un battement de cœur Vérification de la mesure de fréquence: A l'aide d'un chronomètre, mesurer le pouls carotidien et vérifier que cette mesure est proche de celle réalisée à l'aide des montages proposés. Pouls carotidien : 9 battements mesurés en 5 s soit f = 9 x 4 = 76 CPM Pour rappel, valeur de la fréquence cardiaque obtenue au point 2.4. : 79,2 CPM Ces résultats sont-ils satisfaisants? Pourquoi? Les résultats sont satisfaisants car proches (la mesure sur l enregistrement ECG amène davantage de précision mais le relevé du pouls donne une très bonne idée de la fréquence cardiaque)

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