tp san 2 : la fibroscopie

TP SAN 2 : LA FIBROSCOPIE
Cette technique permet de voir à l'intérieur du corps humain et d'explorer de nombreux organes sans
nécessairement « ouvrir » le patient : comment est-ce possible ?
1. Comment peut-on éclairer à l'intérieur d'une boîte sans l'ouvrir ?
On dispose d'une boîte (qui représentera le « patient ») dont on souhaite explorer l'intérieur sans avoir besoin de
l'ouvrir (« de pratiquer une opération chirurgicale ») : on utilisera pour cela une webcam fixée sur une des faces de
la boîte et reliée à l'ordinateur. On dispose aussi d'une fibre optique* et d'une source lumineuse (lampe de bureau).
Qu'observez-vous à l'intérieur de la boîte (« du corps humain ») et comment faire pour identifier son contenu (« un
organe ») sans l'ouvrir (« sans pratiquer de chirurgie ») ?
* La fibre optique qui est utilisée est constituée de deux milieux
transparents d'indices de réfraction différents (cœur et gaine optique)
entourés d'une gaine de protection (voir figure).
2. Pourquoi la lumière ne sort-elle pas de la fibre ?
a) Rappelez vos connaissances sur la propagation de la lumière.
b) Ces connaissances sont-elles en accord avec la propagation de la lumière dans une fibre optique qui s’enroule
sur elle-même ?
c) Proposez une explication.
3. Comment la lumière est-elle piégée à l'intérieur de la fibre optique ?
Pour essayer de comprendre ce qui se passe, on va utiliser à nouveau le dispositif (demi-cylindre transparent +
rapporteur circulaire) qui avait servi pour l'étude de la réfraction.
a) Rappeler la loi de Snell-Descartes en expliquant vos notations à l'aide d'un schéma.
Pour la suite, on choisira de faire arriver le rayon lumineux perpendiculairement à la face arrondie du plexiglas.
b) Réaliser une mesure de réfraction (pour un angle d'incidence inférieur à 35°) et vérifier par le calcul que l'angle
de réfraction vérifie la loi précédente, sachant que l'indice du plexiglas vaut 1,49 et celui de l'air 1,00.
c) Que remarque-t-on quand l'angle d'incidence atteint une certaine valeur (à préciser) ?
4. A partir de quel angle la lumière se réfléchit-elle totalement ?
Le phénomène physique que l'on vient de mettre en évidence s'appelle la réflexion totale. C'est lui qui est à
l'origine de la propagation de la lumière dans la fibre optique.
a) En utilisant la loi de Descartes, essayer de calculer la valeur de l'angle de réfraction pour un angle d'incidence
de 45° : que constate-t-on du point de vue mathématique et pourquoi ?
Est-ce en cohérence avec les observations précédentes (justifier) ?
b) Les deux milieux transparents (cœur et gaine optique) de la fibre optique n'ont pas le même indice de réfraction :
quel est celui qui possède l’indice le plus élevé ? (justifier à l'aide du schéma en coupe de la fibre optique)
c) Reprendre et compléter le schéma ci-dessous en illustrant la propagation de la lumière le long de la fibre optique
grâce au phénomène de réflexion totale :
m
n lu
ra yo
x
ine u