293_TP-la fibroscopie

LA SANTE TP 3 – LA FIBROSCOPIE
Le fibroscope permet l’exploration de nombreux organes : l’intestin, l’estomac, les cordes vocales, etc… et même le cœur ou les
artères. Le fibroscope est constitué schématiquement par un faisceau de milliers de fibres optiques, de petits cylindres de verre non
rigides de diamètre inférieur à 10 µm. Ces fibres transportent l’image de la zone à observer, afin qu’elle puisse être étudiée par le
médecin. Pour que la lumière soit transmise sans perte par une fibre, il est nécessaire que la condition de réflexion totale y soit
satisfaite : partons à la découverte de ce phénomène.
I-
EXPERIENCE 1 : INTERFACE AIR / PLEXIGLAS
Dispositif : Allumer la lanterne et disposer le plateau tournant faisant office de rapporteur afin que le faisceau lumineux passe sur l’axe
(0°- 0°) du rapporteur.
Installer le bloc de plexiglas demi-cylindrique D, comme l’indique la figure n°1, afin d’étudier le passage air/plexiglas sur la surface de
séparation plane de D.
Faites tourner le plateau de 30°.
Observations : Que devient le rayon lumineux après avoir atteint l’interface
air/plexiglas ?
Interprétations :
a) Reproduire sur votre compte rendu la figure n°2 et, sans faire usage de rapporteur, la
compléter en traçant :
- en pointillés, la droite, appelée normale (N), orthogonale en I à l’interface airplexiglas
- les rayons lumineux observés.
b) L’un d’eux est appelé rayon réfléchi et l’autre rayon réfracté. Nommez ces rayons sur la
figure que vous avez reproduite.
Figure n°1
On définit trois angles :
L’angle d’incidence i entre le rayon incident et la normale (N)
L’angle de réflexion i’ entre le rayon réfléchi et la normale (N)
L’angle de réfraction r entre le rayon réfracté et la normale (N)
c) Indiquez ces trois angles sur votre figure.
d) Que peut-on dire de i’ par rapport à i ? Vérifiez-le pour différentes valeurs de i et
donnez un exemple.
e) Que peut-on dire de r par rapport à i ? Vérifiez-le pour différentes valeurs de i et donnez un exemple.
f) A quelle condition un rayon est-il transmis sans être dévié ?
Figure n°2
II- EXPERIENCE 2 : INTERFACE PLEXIGLAS / AIR
Dispositif : Tournez le plateau de manière à être dans la situation de la figure n°3, afin d’étudier le passage plexiglas/air sur la surface
de séparation plane de D.
Augmenter lentement l’angle d’incidence i en faisant tourner le plateau.
Observations :
a) Pour un angle d’incidence petit, que devient le rayon lumineux après avoir atteint
la surface plane séparant le plexiglas et l’air ? Quelle différence observe t-on par
rapport à l’expérience 1 ?
b) Pour un angle d’incidence plus grand, le rayon réfracté existe-t-il pour n’importe
quel angle i ? Même question pour le rayon réfléchi.
c) Représentez à l’aide de schémas les deux situations observées en a) et en b).
Conclusions :
Figure n°3
a) Dans l’une des deux situations précédentes, on dit qu’il y a « réflexion totale »,
laquelle ? Justifier.
b) Que dire de l’intensité de la lumière réfléchie dans ce cas ? Pourquoi ce phénomène est-il utilisé en fibroscopie ?
c) A chaque pixel de l’image fournie par un fibroscope est associée une fibre qui transporte la lumière venant d’un point de la zone
observée. On considère un fibroscope dont le faisceau de fibres a 5 mm de diamètre, chaque fibre ayant un diamètre de 7 µm.
Evaluez le nombre de pixels de l’image.