TP : Fibroscopie

TP : Fibroscopie

La fibroscopie est un examen médical permettant de visualiser l’intérieur d’un corps grâce à un tube extra-souple appelé fibroscope. Il s’agit d’un endoscope souple composé de fibres optiques, avec une lampe et une caméra.

Une fibre optique est un tube en verre ou en plastique qui a la propriété de conduire la lumière, que la fibre soit courbée ou droite.

1/ La réfraction

A/ Mise en évidence

1/ Place une pièce de monnaie au fond d’un verre en plastique.

2/ Place ensuite ton œil en biais, au-dessus du verre, sans regarder la pièce.

3/ Verse ensuite de l’eau dans le verre.

4/ Complète les schémas-ci-dessous en représentant les rayons lumineux.

B/ Mesures

1/ Dirige le faisceau lumineux vers le milieu de la face place du plexiglas hémicylindrique posé sur un rapporteur.

2/ Complète le tableau ci-dessous en indiquant les angles de réfraction i₂ pour différents angles d’incidence i₁.

i₁ (degré) 10 20 30 40 50 60

I₂ (degré)

3/ Le rayon réfracté se rapproche-t-il de la normale ?

On dira que le plexiglas est plus réfringent car son indice de réfraction noté n2 est inférieur à l’indice de réfraction de l’air noté n1. Tout milieu transparent est caractérisé par un indice optique n défini par n = c

v (c, vitesse de la lumière dans le vide et v vitesse de la lumière dans ce milieu transparent

4/ Vous pouvez aussi observer un rayon réfléchi. Compare les valeurs des angles d’incidence i₁ et des angles de réflexion r.

2/ Apparition de la réflexion totale

On va réaliser l’expérience inverse, le rayon lumineux passant du plexiglas à l’air.

1/ Sans faire d’expérience, dites si le rayon réfracté va-t-il se rapprocher de la normale ?

2/ Diriger un rayon lumineux vers la face circulaire du bloc de plexiglas (voir ci-dessous).

i₁’ (degré) 10 20 30 40 50

I2’ (degré)

3/ A partir de quel angle le rayon réfracté disparait-il ? Que devient-il ?

On parle alors de réflexion totale.

3/ Applications

A/ La fontaine lumineuse

Notes tes observations et fais une conclusion :

B/ L’endoscope / fibroscope L’endoscope,

utilisé dans l’imagerie médicale, est composé de fibres optiques. Une fibre optique conduit la lumière même si elle est courbée. Voici sa

composition.

Représente le trajet des rayons lumineux dans la fibre optique. Explique ta démarche. (à faire en dessous sur le coupe longitudinale de la fibre optique.

4/ Pour aller plus loin… : Les lois de Descartes…

Les 2 lois de Snell-Descartes sont des lois qui indiquent des relations entre les indices des milieux traversés par la lumière (n₁ ; n₂) et les angles d’incidence et de réfraction i₁ et i₂ .

1/ Créer un tableur avec excel ou open office avec :

1^ère colonne : i₁ 2^ème colonne : i₂ 3^ème colonne : sin (i₁) (calculé avec tableur)

4^ème colonne : sin (i₂) (calculé avec tableur)

2/ Trace, l’un à côté de l’autre, les graphiques i₁ = f(i₂) et sin(i₁) = f(sin(i₂).

3/ La loi de Snell –Descartes pour la réfraction s’écrit

n

.sin(i

) = n

.sin(i

)

est l’indice de l’air (1,00).

Ton graphique est-il en accord avec cette loi ? Pourquoi ?

Détermine l’indice n₂ en modélisant la courbe sin(i₁) = f(sin(i₂) avec une droite (clic droit  ajouter courbe de tendance + équation de la courbe de tendance)

A retenir : Les lois de Descartes.

Les rayons incident, réfracté et réfléchi sont dans un même plan.

Première loi de Descartes : les angles d’incidence i et de réflexion r on des valeurs égales au signe près :

i = - r

Deuxième loi de Descartes : Les angles d’incidence et de réfraction sont reliés par la relation :

n

.sin(i

) = n

.sin(i

)

3/ Mesure les angles de réfraction r pour différents angles d’incidence notés i’ (pour les différencier de i)