TP N°1 de Physique : Étude des signaux périodiques

T.P. Seconde
T.P. N°1 de Physique : Étude des signaux périodiques
Objectifs :
- Connaître et identifier la période et la fréquence d’un phénomène périodique ;
- Déterminer les caractéristiques d’un signal périodique (tension minimale, tension maximale, amplitude)
I. Étude d’un électrocardiogramme
L’électrocardiogramme est un examen indolore utilisé en cardiologie pour dépister un trouble cardiaque
(tachycardie, bradycardie…) ou diagnostiquer des maladies du muscle ou de l’enveloppe du cœur
(infarctus du myocarde…).
Il consiste à enregistrer les signaux électriques provenant du muscle cardiaque à différents endroits du
corps (thorax, bras et jambes) à l’aide de différentes électrodes. L’allure des signaux diffère selon
l’endroit où se trouve l’électrode.
À chaque battement de cœur, pour une personne non malade, on observe le signal électrique suivant :
La zone autour du point P indique la contraction des oreillettes, celle entre les points QRS indique la
contraction des ventricules (systole) et celle autour du point T indique le moment où les ventricules
reviennent au repos (diastole) et se remplissent de sang.
L’E.C.G. d’une personne n’ayant pas de problème cardiaque est présentée ci-dessous :
En abscisse on lit le temps en seconde (s) tandis qu’en ordonnée on lit la tension électrique en volt (V).
I.1. À quelle durée correspond un carré de 5 mm de longueur sur l’E.C.G ?
I.2. Peut-on « décomposer » l’E.C.G. en une succession de motifs élémentaires identiques (les plus
petits possibles) ? Si oui, combien de motifs élémentaires identiques dénombrez-vous ?
I.3. À quel signal correspond un motif élémentaire ?
I.4. L’intervalle de temps entre chaque battement de cœur est-il constant ?
I.5. Rappeler la définition d’un phénomène périodique. Le signal de l’E.C.G. correspond-il à un signal
périodique ?
I.6. Sur l’E.C.G. représenter l’intervalle de temps entre deux battements de cœur successifs ?
Comment nomme-t-on cet intervalle ?
Déterminer le plus précisément possible sa valeur numérique.
I.7. Sur l’E.C.G, le nombre de périodes visualisées en une seconde s’appelle la fréquence, on la note f.
Rappeler la relation entre la période T et la fréquence f en précisant les unités.
I.8. Déterminer la fréquence f du signal de l’E.C.G.
I.9. La « fréquence cardiaque » correspond au nombre de battement de cœur en une durée de 1
minute. Calculer la fréquence cardiaque du patient.
I.10. Si le patient fait un effort physique important, la période T du signal de l’E.C.G. va-t-elle
augmenter ? Et la fréquence f ? Représenter alors l’allure générale du signal de l’E.C.G.
En médecine l’électroencéphalogramme (activité cérébrale) et l’audiogramme (capacité auditive) sont
également des phénomènes périodiques qui aident les médecins à établir leurs diagnostics.
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II. Étude d’un signal périodique à l’oscilloscope
Au laboratoire il est possible de visualiser des tensions électriques périodiques à l’aide d’un
oscilloscope. Pour générer une tension électrique périodique on peut utiliser un Générateur Basses
Fréquences (G.B.F.).
On s’intéresse au signal périodique sinusoïdal suivant :
La sensibilité horizontale est kH = 0,5 ms / division ;
La sensibilité verticale est de kV = 0,5 V / division.
1) Période et fréquence du signal
a) Déterminer la période T du signal ;
b) Calculer sa fréquence f.
2) Tension minimale, tension maximale et amplitude du signal
• La tension minimale Umin d’un signal périodique est la plus petite valeur de la tension au cours
du temps. Elle s’exprime en Volt (V).
• La tension maximale Umax d’un signal périodique est la plus grande valeur de la tension au cours
du temps. Elle s’exprime en Volt (V).
• La différence entre Umax et une valeur de référence (souvent l’axe des abscisses) s’appelle
l’amplitude du signal. Elle s’exprime en Volt (V).
• Si Umin = – Umax la tension périodique est dite symétrique. Son amplitude vaut alors Umax.
a) À partir de l’oscillogramme déterminer Umin, Umax.
b) Calculer la valeur de l’amplitude du signal. Le signal est-il un signal symétrique ?
c) Reproduire l’oscillogramme sur votre feuille et y faire apparaître :
- la période T ;
- la tension minimale Umin ;
- la tension maximale Umax ;
3) Réglage du G.B.F. (voir la fiche fournie)
¾ Allumer le G.B.F. et choisir une forme sinusoïdale : ~ ;
¾ Régler la valeur de la fréquence f déterminée dans le 1)
4) Réglage de l’oscilloscope (voir la fiche fournie)
¾ Allumer l’oscilloscope ;
¾ Régler le « zéro » (voir fiche fournie) ;
¾ Relier le G.B.F. sur la voie 1 (CH 1) ;
¾ Régler les sensibilités verticales et horizontales sur les calibre cités plus haut ;
¾ Retrouver le signal souhaité sur l’écran (voir fiche fournie).
¾ Régler la sensibilité horizontale sur kH = 1 ms / division. La période du signal a-t-elle changé ?
¾ Régler la sensibilité verticale sur kV = 1 V / division. L’amplitude du signal a-t-elle changé ?