TP n°3 : principe de l`échographie

Corrigé du devoir n°4 :
Le cœur en observation :
Les courbes ci-contre sont des extraits d’électrocardiogramme de
deux patients au repos. L’un d’eux soufre d’arythmie : son cœur
ne bat pas toujours de façon périodique.
1. Qu’est-ce qu’un phénomène périodique ?
C’est un phénomène qui se reproduit de façon identique à
intervalles de temps réguliers appelés période T.
2. Cite un exemple de phénomène périodique en donnant approximativement la valeur de sa période:
La pleine lune est un phénomène périodique de période 29,5 jours.
La rotation de la terre sur elle-même est un phénomène périodique de période 24heures environ (23h56min)
3. Quel est l’électrocardiogramme correspondant au patient qui souffre d’arythmie ? Justifie ta réponse.
Le patient b souffre d’arythmie car son cœur ne bat pas de façon périodique : entre les deux premiers pics
négatifs il s’écoule 5,2x0,2=10,4s puis entre les deux suivants il s’écoule 6,0x0,2=12s.
4. L’électrocardiogramme « a » est constitué d’une succession de motifs élémentaires qui se répètent au cours
du temps. Repasse en rouge sur la courbe « a » le motif élémentaire qui débute au point A. Voir ci-dessus
5. Détermine la valeur de la période T des pulsations du cœur pour la courbe « a » en expliquant comment tu
fais. Déduis-en la fréquence F de ces pulsations.
On mesure le nombre de carreaux entre les deux premiers pics négatifs sur la courbe a, chaque carreau
correspondant à une durée de 0,4s. Donc T = 3,0 x 0,4 = 1,2s et F = 1/T = 1/1,2 = 0,83Hz
6. Calcule le rythme cardiaque du patient concerné par la courbe « a » en pulsations par minutes.
La durée qui sépare deux pulsations cardiaques est 1,2s
donc le nombre de pulsations en 60s est 60/1,2 = 50 soit 50 pulsations par minute.
7. Comment serait modifié l’électrocardiogramme « a » après un test à l’effort ?
Après un test à l’effort, le rythme cardiaque s’accélère donc la période T diminue : les pics négatifs vont être
plus rapprochés les uns des autres sur l’électrocardiogramme.
Mesure de la vitesse des ultrasons dans l’air :
1. Qu’est-ce qu’un son ? comment se propage-t-il dans l’air ?
Un son correspond à des vibrations des atomes ou des molécules qui constituent la matière.
Ces vibrations se transmettent de proche en proche par chocs entre atomes voisins.
2. Décris une expérience qui prouve que le son ne peut pas se propager dans le vide, mais la lumière oui.
On place un réveil qui sonne dans une enceinte fermée dans laquelle on enlève l’air grâce à une pompe à vide.
Quand l’air est présent, on entend le réveil sonner mais lorsque l’enceinte est vide d’air, on ne l’entend plus.
Par contre, on continue à voir le réveil… donc la lumière diffusée par le réveil traverse le vide pour parvenir
jusqu’à notre œil.
3. Qu’est-ce qu’un ultrason ?
C’est un son de fréquence supérieure à 20000Hz, trop aigu pour être entendu par l’oreille humaine. Par contre
certains animaux comme les chiens ou les chauves-souris les entendent.
4. Qu’est-ce qu’une salve d’ultrasons ?
Une salve est une émission d’ultrasons limitée dans le temps, de durée brève, précédée et suivie par un silence.
A
T

oscilloscope
Récepteur
Emetteur
D
A
B
Impulsion émise par l’émetteur
Ondes reçues par le Récepteur
L2
oscilloscope
Récepteur
Emetteur
Métal
Tissu
L1
5. On positionne un récepteur d’U.S. en face d’un émetteur.
La distance parcourue par les U.S. est notée D=22cm.
Lorsque l’émetteur commence à émettre une salve, il envoie
sur la voie A de l’oscilloscope une impulsion.
La salve d’U.S. se propage dans l’air à la vitesse V entre l’émetteur
et le récepteur.
calibre de la base de temps : 0,10ms/carreau
calibre vertical : 2,0V/carreau
Détermine à partir de l’oscillogramme ci-contre :
* l’amplitude des salves observées en voie B :
Amplitude = 1,8 x 2,0 = 3,6 V
* la durée t nécessaire pour parcourir la distance D qui sépare l’émetteur du récepteur
t = 6,6 x 0,10 = 0,66 ms = 0,66.10–3 s
* La valeur de la vitesse des U.S. dans l’air.
Vitesse = distance parcourue / durée = D / t = 0,22 / 0,66.10–3 = 333 m.s–1
Transmission et réflexion des ultrasons par différents matériaux :
1. propose un protocole pour classer des objets en fonction de leur capacité à réfléchir les U.S. :
On positionne l’émetteur et le récepteur d’U.S côte à côte comme sur le montage ci-dessous, puis on place
les différents objets à tour de rôle face à eux, à une distance fixe D.
On observe pour chaque matériau l’amplitude de la salve réfléchie sur l’écran de l’oscilloscope : plus
l’amplitude est grande, plus le matériau est réfléchissant.
2. On réalise le montage ci-contre, et on obtient
sur l’oscilloscope la courbe ci-dessous :
Le calibre horizontal est de 0,50ms par carreau.
On prendra V=340 m.s–1 dans cet exercice.
* Explique pourquoi le récepteur reçoit 2 salves alors que
l’émetteur n’en a émis qu’une.
Le tissu réfléchit une partie des U.S. vers le récepteur, ce qui crée la
première salve reçue.
Mais le tissu laisse aussi passer une partie des ultrasons qui sont ensuite
réfléchis par le métal, et reviennent vers le récepteur plus tard que la
première salve car la distance parcourue est plus grande.
* Combien de temps après l’émission de la salve par l’émetteur,
le récepteur reçoit-il la première salve ?
t correspond à 2,8 carreaux sur l’écran. Le calibre est 0,50ms par
Carreau. Donc t = 2,8 x 0,50.10–3 =1,4.10–3 s .
* Déduis-en la distance L1 entre l’émetteur et le tissu.
Les U.S. parcourent la distance 2xL1 à la vitesse V=340 m.s–1 pendant la durée t = 1,4.10–3 s .
Donc 2xL1 = V x t = 340 x 1,4.10–3 = 0,48m et L1 = 0,48 / 2 = 0,24m soit 24cm .
* On remplace le tissu par une plaque en polystyrène. Comment sera modifiée la courbe observée en voie B ?
On a vu en T.P. que le polystyrène ne laissait pratiquement pas passer les U.S. mais les réfléchissait très
bien. On observera donc uniquement la 1ère salve réfléchie avec une amplitude plus grande.
amplitude
t
t