Principe de la fibroscopie Alors que la fibre optique est constituée ...
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Thème : santé Sous-thème : le diagnostic médical<br />
Chapitre 2 : Les on<strong>de</strong>s au service <strong>de</strong> <strong>la</strong> mé<strong>de</strong>cine Tp 6<br />
<strong>Principe</strong> <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>fibroscopie</strong><br />
Objectifs:<br />
- Découvrir les phénomènes <strong>de</strong> réflexion, réfraction et réflexion totale <strong>de</strong> <strong>la</strong> lumière.<br />
- Comprendre le principe d’une <strong>fibre</strong> opti<strong>que</strong>.<br />
La <strong>fibroscopie</strong> <strong>est</strong> une techni<strong>que</strong> <strong>de</strong> diagnostic médical qui utilise <strong>la</strong><br />
propagation <strong>de</strong> <strong>la</strong> lumière dans <strong>de</strong>s <strong>fibre</strong>s opti<strong>que</strong>s. Le fibroscope permet<br />
l’exploration <strong>de</strong> nombreux organes : <strong>est</strong>omac, cor<strong>de</strong>s vocales, poumons...<br />
Une série <strong>de</strong> <strong>fibre</strong>s opti<strong>que</strong>s conduit <strong>la</strong> lumière d’une <strong>la</strong>mpe vers <strong>la</strong> zone à<br />
examiner et une autre série conduit <strong>la</strong> lumière <strong>de</strong> <strong>la</strong> zone observée vers<br />
l’œil du mé<strong>de</strong>cin ou vers une caméra.<br />
Une <strong>fibre</strong> opti<strong>que</strong> <strong>est</strong> un fin tuyau constitué d’un cœur entouré d’une<br />
gaine. Le cœur et <strong>la</strong> gaine sont fabriqués avec <strong>de</strong>s matériaux<br />
transparents choisis <strong>de</strong> telle sorte <strong>que</strong> <strong>la</strong> vitesse <strong>de</strong> <strong>la</strong> lumière <strong>est</strong> plus<br />
faible dans le cœur <strong>que</strong> dans <strong>la</strong> gaine.<br />
Expérience : P<strong>la</strong>cer une <strong>fibre</strong> opti<strong>que</strong> contre une dio<strong>de</strong> <strong>la</strong>ser. Allumer.<br />
Observer.<br />
<strong>Alors</strong> <strong>que</strong> <strong>la</strong> <strong>fibre</strong> opti<strong>que</strong> <strong>est</strong> <strong>constituée</strong> <strong>de</strong> milieux<br />
transparents (c'<strong>est</strong>-à-dire <strong>de</strong> milieux dans le<strong>que</strong>l <strong>la</strong> lumière peut se propager), comment <strong>la</strong><br />
lumière y r<strong>est</strong>e-t-elle piégée ?<br />
Quelle proposition <strong>de</strong>s personnages ci-<strong>de</strong>ssus peut-on<br />
facilement rejeter en s’appuyant sur <strong>de</strong>s observations <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
vie quotidienne et sur les données du tableau ?<br />
1. Mise en évi<strong>de</strong>nce du phénomène <strong>de</strong> réfraction<br />
Expérience n°1 :<br />
On plonge une tige dans un verre d’eau.<br />
Qu’observez-vous?<br />
Expérience n°2 :<br />
On dirige un faisceau <strong>la</strong>ser obli<strong>que</strong>ment vers <strong>la</strong> surface <strong>de</strong> séparation air-verre d’un parallélépipè<strong>de</strong> en verre.<br />
Faire un schéma <strong>de</strong> l’expérience.<br />
Qu’observez-vous ?<br />
Définir <strong>la</strong> réfraction.<br />
2. Réfraction et réflexion totale<br />
2.1. Observation du passage <strong>de</strong> <strong>la</strong> lumière <strong>de</strong> l’air dans le plexig<strong>la</strong>s<br />
Le dispositif comporte une source <strong>de</strong> lumière b<strong>la</strong>nche, un<br />
rapporteur circu<strong>la</strong>ire comportant une graduation angu<strong>la</strong>ire<br />
et un <strong>de</strong>mi–cylindre en plexig<strong>la</strong>s.<br />
Ec<strong>la</strong>irer le <strong>de</strong>mi–cylindre sur <strong>la</strong> face rectangu<strong>la</strong>ire (dioptre)<br />
avec un pinceau <strong>de</strong> lumière dirigé vers son centre.<br />
Disposer le <strong>de</strong>mi–cylindre <strong>de</strong> telle façon <strong>que</strong> les rayons<br />
inci<strong>de</strong>nt et réfracté ne forment qu’un trait lumineux sur<br />
<strong>la</strong> graduation 0° .<br />
Milieu transparent air eau verre<br />
Vitesse <strong>de</strong> <strong>la</strong> lumière<br />
(m/s)<br />
3,0.10 8 2,2.10 8 2,0.10 8
A l’ai<strong>de</strong> du dis<strong>que</strong> gradué, faire varier l’angle d’inci<strong>de</strong>nce i <strong>de</strong> 0° à environ 70°.<br />
a) Que <strong>de</strong>vient le rayon lumineux après avoir atteint l’interface air-plexig<strong>la</strong>s ?<br />
b) Représenter par un schéma <strong>la</strong> situation.<br />
c) Existe –t-il un rayon réfracté <strong>que</strong>l<strong>que</strong> soit l’angle d’inci<strong>de</strong>nce i ? Si oui, l’angle réfracté <strong>est</strong>–il plus grand ou<br />
plus petit <strong>que</strong> l’angle inci<strong>de</strong>nt ?<br />
d) Simu<strong>la</strong>tion réfraction<br />
http://www.discip.crdp.ac-caen.fr/phch/lycee/terminale/refraction/refraction.htm<br />
http://www.ostralo.net/3_animations/swf/<strong>de</strong>scartes.swf<br />
E:\2n<strong>de</strong>\2n<strong>de</strong> générale 2011-2012\santé\réfraction.swf<br />
2.2. Observation du passage <strong>de</strong> <strong>la</strong> lumière du plexig<strong>la</strong>s dans l’air<br />
P<strong>la</strong>cer le <strong>de</strong>mi- cylindre <strong>de</strong> plexig<strong>la</strong>s pour <strong>que</strong> le faisceau <strong>la</strong>ser arrive<br />
sur sa face p<strong>la</strong>ne après avoir traversé le plexig<strong>la</strong>s.<br />
Faire varier l’angle d’inci<strong>de</strong>nce <strong>de</strong> 0° à 70° , observer.<br />
a) Pour un angle d’inci<strong>de</strong>nce petit, <strong>que</strong> <strong>de</strong>vient le faisceau lumineux après avoir atteint <strong>la</strong> surface p<strong>la</strong>ne<br />
séparant le plexig<strong>la</strong>s et l’air ?<br />
b) Quelle différence observe-t-on par rapport à l’expérience précé<strong>de</strong>nte ?<br />
c) Pour un angle d’inci<strong>de</strong>nce plus grand, le rayon réfracté existe-t-il pour n’importe <strong>que</strong> angle i ?<br />
d) Même <strong>que</strong>stion pour le rayon réfléchi.<br />
e) Pour <strong>que</strong>lle raison nomme-t-on ce phénomène réflexion totale ?<br />
f) Représenter à l’ai<strong>de</strong> <strong>de</strong> schéma les <strong>de</strong>ux situations observées en a et c.<br />
3. Conclusion<br />
a) Le phénomène <strong>de</strong> réflexion totale ne se produit <strong>que</strong> dans certaines conditions. L’une d’elles dépend <strong>de</strong> <strong>la</strong><br />
vitesse <strong>de</strong> propagation <strong>de</strong> <strong>la</strong> lumière dans les <strong>de</strong>ux milieux traversés (voir tableau dans l’introduction)<br />
Quelles sont les 2 conditions nécessaires pour <strong>que</strong> le faisceau réfracté ne soit plus observé lors<strong>que</strong> <strong>la</strong><br />
lumière change <strong>de</strong> milieu ?<br />
b) Expli<strong>que</strong>r comment <strong>la</strong> lumière peut r<strong>est</strong>er confinée dans le cœur d’une <strong>fibre</strong> opti<strong>que</strong>.<br />
c) «<strong>la</strong> vitesse <strong>de</strong> <strong>la</strong> lumière <strong>est</strong> plus faible dans le coeur <strong>que</strong> dans <strong>la</strong> gaine ».<br />
En utilisant <strong>la</strong> re<strong>la</strong>tion n =<br />
,<br />
(n : indice <strong>de</strong> réfraction du milieu ; c : vitesse <strong>de</strong> <strong>la</strong> lumière dans le vi<strong>de</strong> ; v : vitesse <strong>de</strong> <strong>la</strong> lumière dans le<br />
milieu), <strong>que</strong>l <strong>est</strong> l’indice <strong>de</strong> réfraction le plus petit, ncoeur ou ngaine ?