Chapitre 4 «Ondes et imagerie médicale» Page 1

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1 Lycée Joliot Curie à 7 PHYSIQUE - Chapitre 4 Classe de Seconde Chapitre n 4 : "Ondes et imagerie médicale" Partie 1 I Diagnostic médical par échographie Les documents ci-dessous résument le principe de l échographie : Doc 1 (salves) à environ 1500 m.s -1 (Cf. Doc 2) Doc 2 SIGNAL EMIS SIGNAL RECU 50 μs Questions 1. Analyse de documents. En se servant des documents 1 et 2, déterminer le plus précisément possible la distance à laquelle se trouvait l organe à l origine de la réflexion. 2. Matériel à disposition : émetteur d ultrasons, récepteur d ultrasons, générateur, écran, oscilloscope. En utilisant le matériel à disposition, proposer un protocole permettant de mesurer la distance entre l émetteur d ultrasons et un écran. Indiquer sur un schéma comment disposer l émetteur, le récepteur et l écran. 3. Après avoir mis en œuvre le protocole vous obtenez avec un oscilloscope une durée Δt =2,5 ms entre l émission en la réception des ultrasons. Déterminer la distance entre l émetteur et l écran. Donnée : vitesse du son dans l air : v = 340 m.s -1. Chapitre 4 «Ondes et imagerie médicale» Page 1

2 II Ondes et ondes sonores Un petit oiseau chante : il émet des ondes sonores générées par ses petites cordes vocales. Si on pouvait les voir, on verrait une alternance de zones compressées matérialisées par des traits continus, et des zones où l'air est dilaté, matérialisées par des traits pointillés, exactement comme à la surface de l'eau on trouve une succession de creux et de bosses. Un haut parleur, un casque audio ou vos cordes vocales compriment et dilatent l air en vibrant. L échographie utilise des ondes sonores non audibles : les ultrasons. 1- Ondes mécaniques: a- Qu'est qu'une onde mécanique? Une onde mécanique est Les ondes sonores: Les ondes sonores sont des ondes... Dans l air, les ondes sonores se propagent par et de couches d air comme le long d un ressort. a- Le milieu de propagation des ondes sonores: Une onde sonore peut se propager dans tout milieu matériel (...,... et...). Par contre, elle ne se propage pas dans... b- Vitesse de propagation v: Les ondes sonores se propagent en ligne droite à une certain vitesse v, appelée aussi... qui dépend du... dans lequel se propage cette onde. Cette vitesse v peut être calculée par la relation suivante - d: distance parcourue par l'onde en... - Δt: durée du parcours en... - v: vitesse de propagation en... La valeur approchée de la propagation de la vitesse d'une onde sonore dans l'air aux températures usuelles est c- Domaine de fréquence: L oreille humaine ne peut entendre que les sons dont la fréquence est comprise en et. - Plus la fréquence augmente et plus le son est dit. Au delà de Hz, on parle d non audible pour l oreille humaine. - Plus la fréquence diminue et plus le son est dit. En dessous de Hz, on parle d non audible aussi pour l oreille humaine. Chapitre 4 «Ondes et imagerie médicale» Page 2

3 III Imagerie par radiographie : étude de document Questions 1. Quel type d onde électromagnétique est évoqué dans le document? 2. De quoi dépend le pouvoir pénétrant de ces ondes? 3. Pour se protéger des rayons X, dangereux en cas d exposition répétée, le radiologue se place derrière un écran de plomb. Que peut-on en déduire sur le plomb? 4. Peut-on utiliser des ondes électromagnétiques de fréquences quelconques pour la radiographie? Pourquoi? IV Ondes électromagnétiques 3- Les ondes électromagnétiques ou O.E.M. Les ondes radios, les micro-ondes, infrarouges, la lumière visible, les ultraviolets, les rayons X sont des. Ces ondes électromagnétiques ont-elles besoin d un milieu matériel pour se propager? a- Le milieu de propagation des ondes électromagnétiques: La lumière se propage dans tous les milieux. Si le milieu est homogène, la lumière se propage b- Célérité de la lumière c: Les OEM. se propagent dans le vide à la célérité de la lumière notée c de valeur précise c= m s 1 Dans de vide ou dans l air, la célérité de la lumière, comme toute onde électromagnétique, est c Remarque: Dans les milieux transparents, autres que le vide et l air, la lumière se propage à une vitesse v c On peut classer ces ondes électromagnétiques par domaines de fréquence (figure ci-dessous). Chapitre 4 «Ondes et imagerie médicale» Page 3

4 Lycée Joliot Curie à 7 PHYSIQUE - Chapitre 4 Classe de Seconde Chapitre n 4 : "Ondes et imagerie médicale" Partie 2 II Ondes et imagerie médicale : 1 - Réflexion et réfraction: Pour l échographie on utilise des ondes ( ultrasons), pour construire l image du fœtus dans le ventre de la mère. Ce sont les phénomènes de et de des ultrasons à travers les tissus humains qui sont utilisés pour construire l image du fœtus. 2- La réflexion et la réfraction: Lorsqu une onde arrive sur la surface séparant deux milieux, - Une partie de l onde est renvoyée vers le milieu d origine : c est le phénomène de, - Une autre partie de l onde peut traverser la surface de séparation : c est le phénomène de Dioptre : Normale (ou droite normale) : Angle d incidence : Angle réfléchi : Angle de réfraction : Au cours d'une réfraction l'onde est en passant d'un milieu 1 à un milieu 2 Ce phénomène est lié à la vitesse de la lumière qui est différente dans chaque milieu Chapitre 4 «Ondes et imagerie médicale» Page 4

5 3- La réflexion totale d une onde: On éclaire un demi-cylindre de plexiglas avec un laser. On augmente l angle de d incidence i. Compléter les schémas ci-dessous, si on considère que l angle d incidence limite est de 60. Lorsqu une onde atteint la surface de séparation de deux milieux transparents et qu elle ne peut plus être réfractée, on dit qu il y a 4- Application à la fibre optique: La fibroscopie est une technique d imageries médicales utilisant des fibres optiques. Le fonctionnement des fibres optiques est basé sur la réflexion totale. Un dispositif de fibroscopie est constitué de 2 fibres: l'une éclaire la zone à examiner, l'autre transmet l'image à l'observateur: ici i... i lim 4- Défi : Le jeune garçon peut observer le coquillage dans l'avion! Tracer les rayons lumineux pour expliquer un tel phénomène. Chapitre 4 «Ondes et imagerie médicale» Page 5