Réflexion ultrasonore au laboratoire

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

Pour mettre en évidence le phénomène de réflexion des ultrasons, utilisé en imagerie échographique et en technique sonar, des élèves ont conçu un dispositif dans le cadre de travaux personnels encadrés (TPE).

Un émetteur d’ultrasons E et un récepteur R sont placés côte à côte dans une cuve parallélépipédique de longueur D, remplie d’eau.

Vue de profil de la cuve remplie d’eau

Vue de dessus du dispositif

Indication : le positionnement du récepteur ne lui permet de capter que les ondes se propageant de la paroi I vers la paroi II (c’est-à-dire de gauche à droite sur le croquis).

L’émetteur est réglé pour produire une onde de brève durée (ou signal) se propageant vers la paroi I située à la distance d. Un oscilloscope permet de visualiser le signal émis par E et de constater que trois signaux (notés 1, 2 et 3) sont reçus par R.

La durée séparant l’émission par E de la réception par R du signal 1 est .

La même durée s’écoule entre les réceptions des signaux 1 et 2 que celle des signaux 2 et 3.

1. Donner deux arguments permettant d’affirmer que le signal 2 s’est propagé sur une plus longue distance que le signal 1 avant d’être capté par R.

2. Décrire le trajet du signal 1 en complétant le croquis suivant où figure en pointillés la ligne de positionnement de E et R.

Quelle est la durée de ce trajet ?

3. Décrire le trajet du signal 2 (depuis son émission) en complétant le croquis précédent.

Quelle est la durée de ce trajet ?

4. La célérité de l’onde dans l’eau est .

Déterminer les longueurs d et D en expliquant la démarche à l’aide du schéma précédent.

5. Il s’écoule la même durée de 1,92 ms entre les réceptions successives des signaux 1 et 2 qu’entre celles des signaux 2 et 3.

En déduire le trajet du signal 3 dans la cuve.

6. Quelles sont les distances d1, d2 et d3 parcourues respectivement par les signaux 1, 2 et 3 dans la cuve à eau ?