2-01 Cours Apport physique médecine
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2nde www.pichegru.net 3 mars 2016 Chapitre 1 : physique et diagnostic médical Les ondes sont très utilisées en médecine. Ce chapitre porte sur quelques aspects des ondes. Cette perturbation peut être une perturbation de la matière (hauteur de l’eau → vague, pression de l’air → son, déformation du sol → onde sismique), on dit que ces ondes sont matérielles. Si la perturbation qui se propage est une perturbation du champ electromagnétique, l’onde est dite électromagnétique (onde radio, infrarouge, onde lumineuse, onde ultraviolette, rayons X, etc...). Une onde électromagnétique n’a pas besoin de support matériel pour se propager. Elle peut se propager dans le vide. P Phhéén noom mèèn neess ppéérriiooddiiqquueess Connaître et utiliser les définitions de la période et de la fréquence d’un phénomène périodique. Exemple d’une onde... originale (vidéo) Exercice 3 Milieu de propagation d’une onde Définition Un phénomène périodique est un phénomène qui se répète à l’identique, à intervalle de temps régulier. Domaines de fréquence Une onde sonore audible par un être humain doit avoir une fréquence comprise en 20 Hz et 20 kHz environ. Exemples de phénomènes périodiques Cycle veille-sommeil ; battements du cœur ; cycle respiratoire ; clignement des paupières ; cycle du sommeil. Les ondes lumineuses visibles ont une fréquence variant entre 8·1014 Hz et 4·1014 Hz (1014 Hz = 100.000 milliards de hertz !) Remarque : la mesure du temps est basée sur des phénomènes périodiques (mouvement des astres, pendules, oscillations d’un cristal de quartz, etc.) Fréquences des ondes EM (animation) Période (T) P Prrooppaaggaattiioon n ddeess oon nddeess La période est la durée entre 2 répétitions consécutives d’un phénomène périodique. (unité S.I : seconde ; symbole : s) TP 1.2 Principe de l’échographie Mesurer une période et signaux périodiques (ppt) Pratiquer une démarche expérimentale pour comprendre le principe de méthodes d’exploration et l’influence des propriétés des milieux de propagation. Pour des périodes courtes, il est plus précis d’en mesurer plusieurs pour ensuite en déduire la valeur d’une période. Objectif : comprendre le principe de fonctionnement de l’échographie. Fréquence (f) Démarche : On a utilisé un récepteur et émetteur d’ultrasons, une plaque en plastique, et un oscilloscope. On a mis l’émetteur et le récepteur côte-àcôte face à la plaque. On visualise les courbes correspondant au son émis par l’émetteur et au son reçu par le récepteur. On en déduit le temps mis par le son pour partir de l’émetteur et revenir au récepteur après être réflechi par la plaque. Connaissant la vitesse du son, on en a déduit la distance émetteur-plaque. On a également changer la plaque en plastique par un morceau de tissu. La fréquence d’un phénomène périodique est le nombre de répétitions de ce phénomène chaque seconde (hertz, Hz) : f = 1 T Signal périodique U maximum Conclusion : On peut mesurer une distance à l’aide de son et avoir une idée du matériau réfléchissant. période Propagation rectiligne en milieu homogène Dans un milieu homogène, une onde se propage en ligne droite : sa propagation est rectiligne. t Un milieu homogène est un milieu dont les caractéristiques physiques sont identiques partout. minimum Vitesse de propagation Exercice 1 Electrocardiogramme Connaître la valeur de la vitesse du son dans l’air et de la vitesse de la lumière dans le vide. Exercice 2 Ondes cérébrales TP 1.1 : Phénomènes périodiques Deux valeurs de vitesse de propagation à connaître par cœur : Identifier le caractère périodique d’un signal sur une durée donnée. • Vitesse du son : environ 340 m·s-1 (dans l’air) Déterminer les caractéristiques d’un signal périodique. • Vitesse de la lumière : 3,00·108 m·s-1 (dans l’air ou le vide) Objectif : mettre en évidence le caractére périodique des ondes ultrasonores émises par le dispositif d’étude des ultrasons. Déterminer leur fréquence. Exercice 4 Vitesse de propagation Vitesse et distance parcourue Démarche : on relie un récepteur ultrasonore à un oscilloscope. On fait fonctionner émeur ultrasonore. Grâce à l’oscilloscope, on détermine la période des ultrasons. Puis on clacul la fréquence distance parcourue = vitesse × durée de propagation La distance parcourue s’exprime en mètres (m) La vitesse de propagation s’exprime en mètres par seconde (m·s-1) La durée de la propagation s’exprime en seconde (s) Techniques : Lire un oscillogramme. Résultats : Ce sont bien des ultrasons d’une fréquence de 40 kHz. L’échographique (animation) N Naattuurreess ddeess oon nddeess eett ffrrééqquueen nccee Exploiter des infos sur la nature des ondes et leur fréquence en fonction de l’application médicale. Onde matérielle et onde électromagnétique Une onde est la propagation d’une perturbation. -1- 2nde www.pichegru.net R Rééffrraaccttiioon n eett rrééfflleexxiioon n ddee llaa lluum miièèrree TP 1.3 Refraction et réflexion totale Pratiquer une démarche expérimentale sur la réflexion et la réfraction. Objectif : Comprendre comment fonctionne une fibre optique Lorsqu’un rayon lumineux passe d’un milieu transparent (verre, plexiglas) à l’air, celui-ci peut être dévié. Cette déviation est appelée réfraction. Une partie du rayon lumineux est également réfléchie par la surface du milieu transparent. rayon incident i i’ rayon réflechi r rayon réfracté Réflexion totale : si l’angle d’incidence i est assez grand, il n’y a plus de rayon réfracté. Toute la lumière est réflechie (principe de fontionnement d’une fibre optique). Réfraction et reflexion de la lumière (animation) Exercices d’entraînement Exercice 5 Choix de la fréquence en échographie Exercice 6 La radiographique -2- 3 mars 2016
