2-01 Cours Apport physique médecine

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www.pichegru.net 3 mars 2016
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Chapitre 1 : physique et diagnostic médical
Les ondes sont très utilisées en médecine. Ce chapitre porte sur quelques
aspects des ondes.
P
P
Ph
h
hé
é
én
n
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iq
q
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s
s
Connaître et utiliser les définitions de la période et de la fréquence
d’un phénomène périodique.
D Dé éf fi in ni it ti io on n
Un phénomène périodique est un phénomène qui se répète à l’identique, à
intervalle de temps régulier.
 Exemples de phénomènes périodiques
Cycle veille-sommeil ; battements du cœur ; cycle respiratoire ; clignement
des paupières ; cycle du sommeil.
Remarque : la mesure du temps est basée sur des phénomènes périodiques
(mouvement des astres, pendules, oscillations d’un cristal de quartz, etc.)
P Pé ér ri io od de e ( (T T) )
La période est la durée entre 2 répétitions consécutives d’un phénomène
périodique. (unité S.I : seconde ; symbole : s)
Mesurer une période et signaux périodiques (ppt)
Pour des périodes courtes, il est plus précis d’en mesurer plusieurs pour
ensuite en déduire la valeur d’une période.
F Fr ré éq qu ue en nc ce e ( (f f) )
La fréquence d’un phénomène périodique est le nombre de répétitions de
ce phénomène chaque seconde (hertz, Hz) :
T
f1 =
S Si ig gn na al l p pé ér ri io od di iq qu ue e
Exercice 1 Electrocardiogramme
Exercice 2 Ondes cérébrales
TP 1.1 : Phénomènes périodiques
Identifier le caractère périodique d’un signal sur une durée donnée.
Déterminer les caractéristiques d’un signal périodique.
Objectif : mettre en évidence le caractére périodique des ondes
ultrasonores émises par le dispositif d’étude des ultrasons. Déterminer leur
fréquence.
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
Techniques : Lire un oscillogramme.
Résultats : Ce sont bien des ultrasons d’une fréquence de 40 kHz.
N
N
Na
a
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nc
c
ce
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e
Exploiter des infos sur la nature des ondes et leur fréquence en
fonction de l’application médicale.
O On nd de e m ma at té ér ri ie el ll le e e et t o on nd de e é él le ec ct tr ro om ma ag gn né ét ti iq qu ue e
Une onde est la propagation d’une perturbation.
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.
Exemple d’une onde... originale (vidéo)
Exercice 3 Milieu de propagation d’une onde
D Do om ma ai in ne es s d de e f fr ré éq qu ue en nc ce e
Une onde sonore audible par un être humain doit avoir une fréquence
comprise en 20 Hz et 20 kHz environ.
Les ondes lumineuses visibles ont une fréquence variant entre 8·10
14
Hz et
4·10
14
Hz (10
14
Hz = 100.000 milliards de hertz !)
Fréquences des ondes EM (animation)
P
P
Pr
r
ro
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pa
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g
ga
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s
s
TP 1.2 Principe de l’échographie
Pratiquer une démarche expérimentale pour comprendre le principe de
méthodes d’exploration et l’influence des propriétés des milieux de
propagation.
Objectif : comprendre le principe de fonctionnement de l’échographie.
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-à-
côte 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.
Conclusion : On peut mesurer une distance à l’aide de son et avoir une
idée du matériau réfléchissant.
P Pr ro op pa ag ga at ti io on n r re ec ct ti il li ig gn ne e e en n m mi il li ie eu u h ho om mo og gè èn ne e
Dans un milieu homogène, une onde se propage en ligne droite : sa
propagation est rectiligne.
Un milieu homogène est un milieu dont les caractéristiques physiques sont
identiques partout.
V Vi it te es ss se e d de e p pr ro op pa ag ga at ti io on n
Connaître la valeur de la vitesse du son dans l’air et de la vitesse de la
lumière dans le vide.
Deux valeurs de vitesse de propagation à connaître par cœur :
• Vitesse du son : environ 340 m·s
-1
(dans l’air)
• Vitesse de la lumière : 3,00·10
8
m·s
-1
(dans l’air ou le vide)
Exercice 4 Vitesse de propagation
V Vi it te es ss se e e et t d di is st ta an nc ce e p pa ar rc co ou ur ru ue e
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)
L’échographique (animation)
U
t
période
maximum
minimum

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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.
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
i i’
r
rayon
incident rayon
réflechi
rayon
réfracté