médecine et acoustique QCM   voir : http://www.atm2.fr/physique/

Un son pur. - Les ondes sonores perçues par l’oreille externe sont généralement des ondes planes. Faux. Les ondes sonores sont des ondes sphériques : l'oreille externe les transforment en ondes planes. - Il génère une onde de surpression, en phase et dont la célérité est la même. Faux. le déphasage vaut ½p. - Il peut être composé de plusieurs harmoniques. Faux. un seul harmonique encore appelé fondamental. - Il n’est pas toujours audible par l’homme. Vrai. Seuls les sons de fréquences comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz sont audibles. - Il génère la même surpression quelle que soit la densité du milieu. Faux. - L’intensité d’un son pur est de 10-2 W.m-2, quelle que soit sa fréquence. Faux. La puissance peut prendre de nombreuses valeurs, quelle que soit la fréquence. - L’intensité d’une onde sonore est toujours positive. Faux. N= 10 log W W0 avec W0 = 10-12 W m-2, seuil d'audibilité. Si W est inférieur à W0 ( son inaudible), N est négatif. - La pression acoustique d’un son est déphasée de ½p avec le mouvement vibratoire des molécules du milieu de propagation. vrai. - Le coefficient de réflexion d’un ultrason sur une interface dépend de la fréquence de celui-ci. Faux. Ce coeficient dépend de la nature des milieux situés de part et d'autre de l'interface. - La diffraction est un phénomène minimisé par l’emploi d’ultrasons. Vrai. Les ultrasons ont des fréquences plus élevées que les sons, donc des longueurs d'onde plus courtes. On observe la diffraction lorsque l'onde rencontre un obstacle dont les dimensions sont de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde. - Dans l’organisme, le coefficient d’absorption varie proportionnellement à la fréquence du son. Faux. Le coefficient d'absorption est proportionnel au carré de la fréquence du son. - La pression acoustique est atténuée lors de la traversée d’un organe. vrai. - La célérité du son est plus grande dans l’os que dans l’air. vrai. Dans des milieux solides le son peut se propage plus rapidement que dans l'air. - En échographie, la période d’un ultrason sera plus grande pour explorer le foie que pour explorer la thyroïde. vrai. La période est l'inverse de la fréquence ; à une grande période correspond une fréquence plus faible. Le foie étant un organe plus profond que la thyroïde sera explorer avec une fréquence plus faible ( période plus grande). - L’échographie est une technique d’observation des poumons à condition d’utiliser du gel. Faux. Le gel permet de remplacer l'interface air-peau (eau) par les deux interfaces air-gel et gel-tissus (eau) : les ondes sont ainsi mieux transmises. Soit un système composé de 4 haut-parleurs identiques émettant chacun un son pur de 1kHz à une intensité de 70dB. Deux des 4 haut-parleurs tombent en panne, quelle est la puissance résultante du système ? (35 ; 73 ; 67 ; 64 dB; autre). On note I4 haut parleurs, l'intensité sonore initiale et I2 haut parleurs l'intensité sonore finale. L'intensité sonore est divisée par deux : I2 haut parleurs =0,5 I4 haut parleurs. 70 =10 log I4 haut parleurs I0 ; N=10 log I2 haut parleurs I0 =10 log 0,5 I4 haut parleurs I0 = 10 log0,5 + 70 N = -3+70 = 67 dB. Quand l'intensité acoustique est divisée par deux, le niveau sonore diminue de 3 dB. De quel pourcentage faudra-t-il augmenter la pression acoustique de l’un des 2 haut-parleurs restant pour retrouver l’intensité initiale du système ? L'intensité globale doit revenir à : I4 haut parleurs = I0 1070/10 = 10-12*107 = 10-5 W m-2. Intensité acoustique d'une source : 0,25 I4 haut parleurs =2,5 10-6 W m-2. Nouvelle intensité acoustique de l'une des deux sources : 7,5 10-6 W m-2 ( 3 fois plus grande) Or pression acoustique2 = impédance acoustique * intensité acoustique ; p2 = ZI. L'intensité acoustique est proportionnelle au carré de la pression acoustique. Il faut donc multiplier la pression acoustique de l'une des deux sources par 3½ = 1,73. augmentation de 0,73 ou 73 %. On étudie les capacités d’atténuation de 2 matériaux. Un son de 5 kHz et de 40 dB est atténué par une plaque de 10 cm d’épaisseur du matériau 1, pour atteindre une valeur de 30 dB. Ce même son de 5 kHz et de 40 dB est atténué de 28 dB par une plaque de 5 cm d’épaisseur du matériau 2. Quel est le rapport des coefficients d’absorption a1/a2 pour cette fréquence de 5 kHz ?( 1,8 ; 0,56 ; 0,18 ; 5,6 ; autre) Intensité acoustique initiale I : I= I0 10N/10 = 10-12*1040/10 = 10-8 W m2. Intensité acoustique en présence du matériau 1 : I1= I0 10N1/10 = 10-12*1030/10 = 10-9 W m2. 10-9 = 10-8 * 10 exp(-a1 d1) soit 9=8 +a1 d1 ; 1=a1 d1 ; a1 =1/0,1 = 10. Intensité acoustique en présence du matériau 2 : " est atténué de 28 dB" : le niveau sonore atteint la valeur 40-28 = 12 dB. I2= I0 10N21/10 = 10-12*1012/10 = 10-10,8 W m2. 10-10,8 = 10-8 * 10 exp(-a2 d2) soit 10,8=8 +a2 d2 ; 2,8=a2 d2 ; a2 =2,8/0,05 = 56. a1/ a2 =10/56 =0,18. A épaisseur de matériau égale, faire le rapport des diminutions des niveaux sonores en dB. Soit un milieu gazeux de propagation acoustique pour lequel la masse volumique r = 1,1 kg m-3 et la compressibilité c=9 10-6 Pa-1. - Quelle est l’impédance acoustique de ce gaz ? Z = (r /c)½ =(1,1 / 9 10-6)½ = 349,6 ~ 350 Pa s m-1. - Quelle est la surpression acoustique créée par un son de 50 dB dans ce milieu ? Intensité acoustique I= I0 10N/10 = 10-12*1050/10 = 10-7 W m2.   p2= Z I =10-7 *350 =3,5 10-5. p= 5,9 10-3 Pa. Une onde ultrasonore, habituellement utilisée en échographie (fréquence 7,5 MHz), atteint une interface tissulaire séparant un milieu 1 d’impédance Z1 = 1820 Pa s m-1 d’un milieu 2 d’impédance Z2. Si 38% de la puissance de cette onde sont transmis, du milieu 1 vers le milieu 2, quelles ont parmi les propositions suivantes les impédances acoustiques Z2 possibles. (214 ; 7759 ; 427 ; 15513 ; 1000 ) coefficient de transmission de l'onde : 38 % ou 0,38. coeficient de réflexion de l'onde 1-0,38 = 0,62. 0,62 = (Z1-Z2)2 (Z1+Z2)2 ; (Z1-Z2) (Z1+Z2) = + 0,62½ =0,787 (1) ; (Z1-Z2) (Z1+Z2) = -0,787 (2) (1) donne : Z1-Z2= 0,787 (Z1+Z2) ; 0,213 Z1 =1,787 Z2 ; Z2 =216 Pa s m-1. (2) donne : Z1-Z2= -0,787 (Z1+Z2) ; 1,787 Z1 =0,213 Z2 ; Z2 =15 270 Pa s m-1. Chez un patient, le foie et la thyroïde sont respectivement à 3 cm et 0,5 cm sous la peau. Un ultrason de 7,5 MHz permet de sonder la thyroïde. Quelle doit être la fréquence permettant d’explorer le foie avec la même atténuation ? L'atténuation étant identique, le produit coefficient d'atténuation * épaisseur traversée est constant. afoie dfoie= athyr dthyr.   Le coefficient d'atténuation est proportionel au carré de la fréquence ; les tissus traversés sont semblables d'où : f2foie = f2 thyr dthyr f2foie dfoie= f2 thyr dthyr ; ffoie = f thyr [ dthyr dfoie ]½ ffoie = 7,5 [ 0,5 /3]½ =3,06 MHz ~ 3,1 MHz. - L’ultrason associé à l’observation de la thyroïde est diffracté par des objets moins grands que ceux responsables de la diffraction de l’ultrason associé à l’observation du foie. Vrai. La fréquence permettant d'observer la thyroïde est plus grande que celle permettant l'étude du foie : or plus la fréquence est grande, plus la longueur d'onde est petite. La diffraction est due à des obstacles de même ordre de grandeur que la longueur d'onde. - L’ultrason associé à l’observation de la thyroïde est diffracté par des objets plus grands que ceux responsables de la diffraction de l’ultrason associé à l’observation du foie. Faux. - Une calcification de 300 mm de dimension diffracte les deux ultrasons. Vrai. l = c f = 2500 7,5 106 =3,33 10-4 m = 333 mm pour la thyroïde et 2500 / 3,06 106 = 817 mm La calcification est du même ordre de grandeur que la longueur d'onde. - Une calcification de 800 mm de dimension n'en diffracte aucun. Faux. Donnée : vitesse moyenne du son dans l'organisme : 2500 m/s.

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