QCM ondes. Concours ESA Lyon 2014


Exercice 1. La détection des calculs rénaux peut être réalisée par échographie. On utilise une sonde à ultrasons placée à l'horizontale d'un calcul rénal bouchant l'entrée du canal de l'uretère.

Vitesse de propagation des ultrasons dans le tissu : 1400 m/s, dans le rein : 1500 m/s.
Epaisseur des milieux traversés : Ltissu = 7 cm ; L rein = 6 cm.

1. A. La propagation des ultrasons se fait avec transport d'énergie. Vrai.
B. La propagation des ultrasons se fait avec transport de matière. Faux.
C. La longueur d'onde est la distance parcourue par l'onde au bout d'une seconde. Faux.
La longueur d'onde est la distance parcourue par l'onde au bout d'une période.
D. La longueur d'onde est la distance minimale qui sépare deux points qui vibrent en phase
. Vrai.
E. Si la sonde est en mouvement par rapport au calcul, la fréquence des ondes ultrasonores reçues par le calcul diffèren de la fréquence des ondes ultrasonores émises par la sonde.
Vrai.
La vitesse de déplacement de la sonde étant très inférieure à celle des ultrasons, la faible différence de fréquence est difficilement décelable.

2. Soit te l'instant d'émission de l'onde incidente et tr l'instant de réception par la sonde de l'onde réfléchie sur le calcul rénal. Quelle est la valeur de la durée Dt séparant ces deux instants.
( 20 µs ; 90 µs ; 180 µs ; 9 ms ; 18 ms).

Durée pour traverser les tissus : 2*0,07 / 1400 = 1 10-4 s = 100 µs ;
 durée pour traverser les reins :
2*0,06 / 1500 =8 10-5 s = 80 µs ; total 180 µs.

3. La longueur d'onde des ultrasons dans le rein est de 5 10-4 m et le diamètre du calcul rénal est de 2 cm.
A. La fréquence des ultrasons dans le rein est de 3 MHz.
Vrai.
f = v / l = 1500 / (5 10-4) =3 106 Hz.
 B. La fréquence des ultrasons dans le rein diffère de celle dans le tissu. Faux.

C.
La longueur d'onde des ultrasons dans le rein diffère de celle dans le tissu. Vrai.
D. La diffraction des ondes ultrasonores par le calcul augmente si sa taille augmente. Faux.
La diffraction est d'autant plus grande que la dimension du calcul est de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde.
E.
La diffraction des ondes ultrasonores par le calcul augmente si la longueur d'onde augmente.  Vrai.

4. Les ondes émises par la sonde ont un niveau d'intensité sonore L1 = 100 dB. Que vaut l'intensité sonore I1 correspondante ( W m-2) ?
(102 ; 10-2 ; 10-22 ; 10-88 ; aucune réponse juste ).
I1 = I0 10L1/10 = 10-12 x 1010 = 10-2
W m-2.




Exercice 2. L'utéroscopie laser est une technique utilisée pour détruire les calculs rénaux.

5. On note (e) et (2) les niveaux impliqués lors de l'émission induite ; on note E1 et E2 l'énergie de ces niveaux ( avec E1 < E2) et DE l'écart énergétique entre ces niveaux.
A. L'émission induite est réalisée du niveau (2) vers le niveau(1). Vrai.
Lors de l'émission d'un photon l'atome perd de l'énergie.
B. L'émission induite peut être déclenchée par deux photons incidents, chacun d'énergie DE/2. Faux.
C. Les photons incident et induit se déplacent dans la même direction et dans le même sens.
Vrai.
D. Les photons inducteur et induit sont en phase l'un par rapport à l'autre.
Vrai.
E. Qu'ils soient à émission pulsée ou continue, la lumière laser présente une importante concentration spatiale et temporelle d'énergie. Faux.

  6. La lumière émise par le laser est dans le domaine infrarouge avec une longueur d'onde l = 2000 nm.
  h = 6,63 10-34 Js ; c = 3 108 m/s ; e = 1,6 10-19 C.
A. Il est pertinent de prendre en compte la diffraction de la lumière émise par le laser utilisé quand la dimension du calcul traité avoisine les 2 cm. Faux.
q = l / a =2000 10-9 / 0,02 = 10-4 rad.
B. Une absorption infrarouge provoque une transition entre deux niveaux électroniques. Faux.
Entre deux niveaux vibrationnels.
C. Dans le système international d'unités, la quantité de mouvement s'exprime en kg m s-1. Vrai.
D. La quantité de mouvement des photons laser est environ de 3 10-28 unités SI.
Vrai.
p = h / l = 6,63 10-34 / (2 10-6) ~ 3 10-28  kg m s-1.
E. L'énergie d'un photon laser est voisine de 9 10-20 J.
Vrai.
E = h c / l =6,63 10-34 *3 108 / (2 10-6) = 9,9 10-20 J.

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7. On considère que le calcul traité pèse m=4 g et que 20 % de sa masse est constitué d'ion calcium ( M = 40 g/mol). NA = 6 1023 mol-1. Quel est approximativement le nombre d'ion calcium contenu dans ce calcul ?
( 106 ; 109 ; 1013 ;1022 ; 1031 ).
0,20 m / M NA = 0,20*4 /40 *6 1023 ~ 1,2 1022.

8. Avant que le phénomène de cavitation n'apparaisse au sein du calcul rénal, la température du calcul augmente d'une quantité DT. On note m la masse du calcul et cm sa capacité thermique massique.

A. Dans le système internationnal, l'unité de cm est J°C-1kg-1. Faux.
J K-1 kg-1.
B. Dans le calcul rénal, DU et DT sont reliées entre elles par DU = m cm DT. Vrai.
C. L'énergie potentielle de pesanteur du calcul est une composante de son énergie interne. Faux.
L'énergie interne est l'énergie intrinsèque du système à l'échelle microscopique.
D. La variation d'énergie interne est nulle quand le calcul reste immobile. Faux.
E. La variation d'énergie interne d'un système qui reçoit de la chaleur Q et qui fournit un travail W est donnée par DU = Q-W. Faux.
DU = Q+W.


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