LA FIBROSCOPIE : VOIR A L`INTERIEUR DU CORPS HUMAIN !

AE9 Santé
LA FIBROSCOPIE :
VOIR A L’INTERIEUR DU CORPS HUMAIN !
Objectifs :
 Pratiquer une démarche expérimentale sur la réflexion totale
 Connaître la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide (ou dans l’air)
Capacités travaillées Niveau de maîtrise
4 –
Extraire des informations sur des supports variés
10 –
Exploiter des informations, des résultats, des mesures, …
15 –
Utiliser, dans un contexte donné, le matériel de manière adaptée
24 –
Rechercher les sources d’erreur, identifier des causes de dispersion des résultats
30 –
Travailler en autonomie et en équipe
Qu’est-ce que la fibroscopie?
Le fibroscope est un tuyau souple permettant d’explorer l’intérieur du corps humain. Il contient des fibres
optiques qui ont la propriété de conduire la lumière grâce au phénomène de réflexion totale.
Une fibre optique est un fin tuyau constitué d’un cœur
entouré d’une gaine. Le cœur et la gaine sont fabriqués avec
des milieux transparents (types verre) choisis de telle sorte
que la lumière a une vitesse plus faible dans le cœur que
dans la gaine. Lorsque la fibre est éclairée à une extrémité, la
lumière est transmise à l’autre extrémité en restant confinée
dans le cœur de la fibre, quelle que soit la forme de celle-ci.
Dans un fibroscope, les fibres optiques permettent d’éclairer
la zone à explorer et d’en transmettre une image.
Problématique : Mais quel est le principe de fonctionnement d’une fibre optique ? La lumière ne se propage-t-
elle pas en ligne droite ?
A. Rayons incident, réfracté et réfléchi
Envoyons un faisceau lumineux sur une surface d’un autre milieu transparent.
On étudie la surface de séparation entre l’air et le plexiglas.
 Rayon incident : rayon qui arrive dans le premier milieu d’indice n
1
.
 Rayon réfracté : rayon qui appartient au second milieu traversé n
2
.
 Rayon réfléchi : rayon qui repart dans le premier milieu.
 i
1
= angle d’incidence : angle entre le rayon incident et la normale (perpendiculaire à la surface)
 i
2
= angle de réfraction : angle entre le rayon réfracté et la normale
 r = angle de réflexion : angle entre le rayon réfléchi et la normale
Le plan défini par le rayon d’incidence et la normale est le plan d’incidence.
B. Activité Expérimentale
1. 1ère PARTIE : Passage de la lumière de l’air dans le plexiglas.
Réglages préliminaires :
 En l’absence du demi-cylindre de plexiglas, positionner la lanterne de façon à ce que le rayon lumineux
passe exactement par les graduations 0° et par le centre du plateau.
 Placer ensuite le demi-cylindre de façon à ce que sa face plane soit exactement dans le plan passant par
la graduation 90° et le centre du plateau.
 Le rayon lumineux doit alors passer par les deux graduations 0°.
 Faire varier l’angle d’incidence et compléter le tableau de mesures suivant :
i
1
(°) 0 20 40 60 80
i2 (°)
r (°)
 Qu’observez-vous ?
2. 2ème PARTIE : Passage de la lumière du plexiglas vers l’air.
 Refaire l’expérience précédente mais cette fois, faire arriver la lumière sur la partie arrondie de l’hemi-
cylindre. Compléter le tableau de mesures suivant :
i1 (°)
0
20
40
60
80
i
2
(°)
r (°)
 Y-a-t-il toujours réfraction ? Si non, noter la valeur de l’angle pour lequel il n’y a plus de réfraction : on dit
qu’il se produit un phénomène de réflexion totale. Cet angle est appelé angle limite et sera noté : iL.
 Cette réflexion totale a lieu lorsque la lumière passe du plexiglas à l’air. On peut calculer l’angle théorique
limite pour lequel on a une réflexion totale :
 > =  (  ) avec nair = 1 et nplexiglas = 1,51
3. 3ème PARTIE : Principe de fonctionnement d’une fibre optique
A l’aide de ce qui vient d’être fait dans les parties 1 et 2, expliquer comment la lumière se propage dans une
fibre optique. On fera un schéma pour expliquer.
INFOS :
 Une onde lumineuse est une onde électromagnétique dont la longueur d'onde correspond au spectre
visible, soit entre les longueurs d'onde 400 et 800 nm.
 Elle se propage à la vitesse de la lumière soit c = 3,00.108 m.s-1.
Indice d’un milieu (uniquement pour la lumière) :
Dans un milieu transparent la lumière se propage moins vite que dans l'air
On définit alors l'indice du milieu :  = è_
è_
Exemples : nverre = 1,5, neau = 1,3