Utiliser les ondes ultrasonores

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Fiches
Classe(s) : 2de | Thème(s) : Le diagnostic médical

Rappels de cours

1 Les ondes sonores

 Une onde sonore (un son) est une onde qui se propage dans un milieu matériel. Sa vitesse dépend du milieu traversé.

 La vitesse du son dans l’air à 15 °C est 340ms1. La vitesse du son est plus grande dans les liquides et les solides que dans l’air.

exemple Le son se propage à 1500ms1 dans l’eau.

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 L’oreille humaine est sensible aux sons de fréquences comprises environ entre 20Hz et 20kHz.

2 Les ondes ultrasonores

Les ultrasons sont des ondes sonores inaudibles par l’homme de fréquence supérieure à 20kHz, se propageant à la même vitesse que les sons audibles. Ils sont utilisés en échographie médicale.

Les ultrasons sont rapidement atténués dans l’air mais ils se propagent bien dans les liquides et le corps humain, constitué à 70% d’eau.

3 Le principe de l’échographie

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 Les ultrasons émis par la sonde émettrice réceptrice (E/R) placée sur la peau du patient se réfléchissent sur les obstacles et lors d’un changement de milieu. C’est ce phénomène de réflexion (écho) qui est utilisé en échographie.

 La distance parcourue par l’onde pendant la durée Δt est 2d donc la vitesse v de l’onde s’exprime par :Δt est 2d donc la vitesse v de l’onde s’exprime par :

v=distanceparcouruedurée du parcours =2dΔt, d’où

d=vΔt2

v en ms1

Δt en s 

d en m.

Méthodes

Mesurer une distance à l’aide d’ultrasons

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Une sonde émettrice réceptrice émet une salve d’ultrasons qui se propage dans l’air et est réfléchie par un obstacle. Les signaux émis S1 et reçus S2 sont visualisés à l’oscilloscope. La durée de balayage horizontal est de 1 msdiv1.

1. À quoi correspond l’écart de 4,5 divisions horizontales à l’écran entre les signaux ?

2. Déterminer la distance qui sépare la sonde de l’obstacle.

Conseils

2. Attention aux unités employées.

Solution

1. L’écart correspond à la durée Δt nécessaire à l’aller-retour des ultrasons entre la sonde et l’obstacle.

2. La valeur de cette durée est Δt=4,5×1=4,5ms. La distance est d=vΔt2=340×4,5×1032=0,76 m.

Utiliser les ultrasons en médecine

La fréquence des ultrasons utilisés en échographie varie de 1 à 10 MHz. Augmenter la fréquence permet d’avoir un signal plus précis mais les ultrasons sont alors rapidement amortis dans l’organe examiné.

1. Pourquoi parle-t-on d’ultrasons ?

2. Calculer la période d’un signal de fréquence 5 MHz.

Conseils

2. MHz signifie mégahertz : 1 MHz = 106 Hz = 103 kHz.

Solution

1. Les ultrasons utilisés en échographie médicale sont des ondes de même nature que le son mais avec des fréquences supérieures à la limite audible : 1MHz=1000kHz>20kHz.

2. T =1f=15×106=2×107s=0,2μs.