Chapitre n°8

1. Chapitre n°8  Les ondes au service du diagnostic médical.

2. 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.).

4. 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.

5. 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.

6. 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. A chaque onde sonore correspond une fréquence f et une période de vibration T du milieu matériel.

7. 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.

10. 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.

11. L’œil humain peut percevoir uniquement les ondes électromagnétiques comprises 400 et 800 nm.

12. - 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

13. 2 – Applications: Les Rayons X Même principe que l’échographie, sauf qu’ici les ondes sont électromagnétiques.

14. 3 – La réfraction: Lorsqu’un rayon lumineux change de milieu (air, eau), ce rayon est dévié suivant un angle précis: c’est la réfraction.

15. 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.

16. 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.

17. 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 trouve-t-elle?

18. 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.

19. 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 )