Devoir n°4 : corrigé

Devoir n°4 : corrigé
Le cœur en observation :
Les courbes ci-contre sont des extraits d’électrocardiogramme de
deux patients au repos. L’un d’eux soufre d’arythmie : son cœur
ne bat pas toujours de façon périodique.
A
T
1. Qu’est-ce qu’un phénomène périodique ?
C'est un phénomène qui se reproduit de façon identique à
intervalles de temps égaux, appelés période.
2. Cite un exemple de phénomène périodique en donnant approximativement la valeur de sa période:
La fête de Noël se reproduit tous les 25 décembre, donc sa période est de 1 an.
Les phases de la lune ont une période de 29 jours environ. La rotation de la terre sur elle même a une période de
24 heures. Le défilement des chiffres des secondes sur une montre a une période de 10s.
3. Quel est l’électrocardiogramme correspondant au patient qui soufre d’arythmie ? Justifie ta réponse.
La période des battements du cœur du patient b n'est pas constante (5,2 carreaux puis 6,0 carreaux) donc c'est
lui qui soufre d'arythmie.
4. L’électrocardiogramme « a » est constitué d’une succession de motifs élémentaires qui se répètent au cours
du temps. Repasse avec un feutre vert sur la courbe « a » le motif élémentaire qui débute au point A.
5. Détermine la valeur de la période T des pulsations du cœur pour la courbe « a » en expliquant comment tu
fais. Déduis-en la fréquence F de ces pulsations.
La période T mesure 6,0 carreaux sur le document. Chaque carreau correspond à une durée de 0,20s.
Donc la période T = 6,0x0,20 = 1,2s et la fréquence F = 1/T = 0,83Hz
6. Calcule le rythme cardiaque du patient concerné par la courbe « a » en pulsations par minutes.
Le rythme cardiaque est de 0,83 battements par seconde, soit en 1 min=60s : 0,83x60 = 50 pulsations par mn.
7. Comment serait modifié l’électrocardiogramme « a » après un test à l’effort ?
Le rythme cardiaque serait accéléré, donc la période T plus courte.
Un "répulsif anti-moustiques":
La notice de cet appareil indique: "Ce dispositif émet un sifflement imitant
celui du moustique mâle, effrayant ainsi les femelles à l'origine des piqûres"
Un élève de seconde souhaite utiliser ses connaissances acquises en cours
de physique pour mesurer la fréquence de ce répulsif électronique.
Pour cela, il place un microphone amplifié, relié à un oscilloscope, devant
le haut-parleur du répulsif et obtient la courbe ci-contre.
4xpériode
Le calibre vertical est de 100mV par carreau
Le calibre horizontal (base de temps) est de 50µs par carreau.
1. Mesure l'amplitude de la tension électrique observée sur l’oscilloscope.
L'amplitude mesure 2,8 carreaux sur l'écran. 1 carreau correspond à 0,10V
Donc l'amplitude = 2,8x0,10 = 0,28V
amplitude
2. Mesure le plus précisément possible la période de cette tension, puis
calcule sa fréquence. Décris ta méthode.
On mesure 4 périodes T pour améliorer la précision, soit 7,0 carreaux de valeur 50µs par carreau.
Donc la période T = 7,0x50.10–6/4 = 8,8.10–5s et la fréquence F = 1/T = 1/8,8.10–5 = 11.103 Hz
3. Le son émis par cet appareil est-il grave ou aigu? Est-ce un ultrason?
Ce n'est pas un ultrason car sa fréquence est inférieure à 20.103 Hz mais c'est un son aigu (F >1000Hz)
Mesure de la vitesse des ultrasons dans l’air :
1. Décris une expérience qui prouve que le son ne peut pas se propager dans le vide, mais la lumière oui.
On place un haut-parleur qui vibre dans une enceinte fermée dans laquelle on enlève l’air grâce à une pompe à
vide. Quand l’air est présent, on entend le son émis par le haut-parleur mais lorsque l’enceinte est vide d’air, on
ne l’entend plus. Par contre, on continue à voir le haut-parleur… donc la lumière diffusée par le haut-parleur
traverse le vide pour parvenir jusqu’à notre œil.
2. On dispose d'un émetteur de salves d'ultrasons... Qu’est-ce qu’une salve d’ultrasons ?
Une salve est une émission d’ultrasons limitée dans le temps, de durée brève, précédée et suivie par un silence.
3. On positionne un récepteur d’U.S. en face de cet émetteur.
La distance parcourue par les U.S. est notée D=22cm.
oscilloscope
Récepteur
Emetteur
D
A
B
Lorsque l’émetteur commence à émettre une salve, il envoie
sur la voie A de l’oscilloscope une impulsion.
La salve d’U.S. se propage dans l’air à la vitesse V entre l’émetteur
et le récepteur.
calibre de la base de temps : 0,10ms/carreau
calibre vertical : 2,0V/carreau
Détermine à partir de l’oscillogramme ci-contre :
amplitude
* l’amplitude des salves observées en voie B : Amplitude = 1,8 x 2,0 = 3,6 V
∆t
* la durée ∆t nécessaire pour parcourir la distance D qui sépare l’émetteur
du récepteur
∆t = 6,6 x 0,10 = 0,66 ms = 0,66.10–3 s
* La valeur de la vitesse des U.S. dans l’air.
Vitesse = distance parcourue / durée = D / ∆t = 0,22 / 0,66.10–3 = 333 m.s–1
Transmission et réflexion des ultrasons par différents matériaux :
1. Propose un protocole pour classer des objets en fonction de leur capacité à transmettre les U.S. et fais un
schéma pour illustrer ce protocole.
On positionne l’émetteur et le récepteur d’U.S en face l'un de l'autre, comme sur le montage ci-dessus puis
on intercale les différents objets à tour de rôle sur le trajet des U.S.
On observe pour chaque matériau l’amplitude de la salve transmise sur l’écran de l’oscilloscope : plus
l’amplitude est grande, plus le matériau est transparent.
2. On réalise le montage ci-contre, et on obtient
sur l’oscilloscope la courbe ci-dessous :
Le calibre horizontal est de 0,50ms par carreau.
On prendra V=340 m.s–1 dans cet exercice.
Métal
oscilloscope
Tissu
* Explique pourquoi le récepteur reçoit 2 salves alors que
l’émetteur n’en a émis qu’une.
Le tissu réfléchit une partie des U.S. vers le récepteur, ce qui crée la
première salve reçue. Mais le tissu laisse aussi passer une partie des ultrasons
qui sont ensuite réfléchis par le métal, et reviennent vers le récepteur plus
tard que la première salve car la distance parcourue est plus grande.
* Combien de temps après l’émission de la salve par l’émetteur,
le récepteur reçoit-il la première salve ?
∆t correspond à 2,8 carreaux sur l’écran. Le calibre est 0,50ms par
Carreau. Donc ∆t = 2,8 x 0,50.10–3 =1,4.10–3 s .
Emetteur
L2
L1
Récepteur
Ondes reçues par le Récepteur
∆t
Impulsion émise par l’émetteur
* Déduis-en la distance L1 entre l’émetteur et le tissu.
Les U.S. parcourent la distance 2xL1 à la vitesse V=340 m.s–1 pendant la durée ∆t = 1,4.10–3 s .
Donc 2xL1 = V x ∆t = 340 x 1,4.10–3 = 0,48m et L1 = 0,48 / 2 = 0,24m soit 24cm .
* On remplace le tissu par une plaque en polystyrène. Comment sera modifiée la courbe observée en voie B ?
On a vu en T.P. que le polystyrène ne laissait pratiquement pas passer les U.S. mais les réfléchissait très
bien. On observera donc uniquement la 1ère salve réfléchie avec une amplitude plus grande.