Stéthoscope, saturomètre, échographie, repère de Frenet. Concours Ecole de Santé des Armées 2015.

En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts.






Exercice 1.
Le médecin ausculte le patient à l'aide d'un stéthoscope notant un assourdissement des bruits du coeur. Un stéthoscope comporte un pavillon, pièce métallique pourvue d'une membrane que l'on applique sur la peau du patient. Cette membrane, mise en vibration par les sons corporels, est reliée à une tubulure qui se divise en deux tubes auriculaires prolongés chacun par des embouts que le praticien place dans ces oreilles.  L'amplification du son est en partie due à la diminution de la surface de propagation entre le pavillon et l'embout. ( surface du pavillon / surface de l'embout auriculaire ~40).
1. Un sonomètre placé à l'extrémité  d'un seul embout mesure un niveau d'intensité sonore de 60 dB. Quelle est l'intensité sonore ( W m-2) à la sortie d'un seul embout ?
10-3 ; 10-6 ; 10-12 ; 10-18 ; aucune réponse juste.
I = I0 10L/10 = 10-12 * 106 = 10-6 W m-2.
2. Si les deux embouts sont plaqués au sonomètre, quel niveau d'intensité sonore( en dB) va t-il mesurer ?
30 ; 60 ; 63 ; 120 ; aucune réponse juste.
Les intensités sonores s'ajoutent : Itotal = 2 I = 2 10-6 W m-2.
L = 10 log[2 10-6 / 10-12] = 63 dB.
3. Quelle est l'augmentation du niveau d'intensité sonore ( dB) due à la diminution de la surface de propagation lorsque le son passe du pavillon à un embout auriculaire ? On supposera que la puissance acoustique au niveau du pavillon est la même que celle au niveau de l'embout.
6 ; 9 ; 16 ; 160 ; aucune réponse juste.
P = Ipav  Spav =Iembout Sembout ; Ipav   =Iembout Sembout  / Spav= Iembout / 40 = 10-6 / 40 ;
L = 10 log [
10-6 / (40  10-12)] = 60-10 log 40 = 60 -10-10log4 = 50-6 = 44 dB.
L'augmentation est de 60-44 = 16 dB


Exercice 2.
A ce stade, le médecin suspecte un infarctus ; pour valiser ce diagnostic, il réalise sur le patient un électrocardiogramme, examen qui permet de mesurer son activité électrique cardiaque.
L'arythmie cardiaque est une perturbation du rythme cardiaque. Le rythme cardiaque normal au repos chez un adulte se situe entre 60 et 90 battements par minute ( bpm) ; s'il est inférieur à 60, on parle de bradycardie et s'il dépasse les 90 bpm, on parle de tachycardie.

4. Cocher la ( les) proposition(s) correcte(s).
A. La période d'un cycle électrique cardiaque est de 420 ms à plus ou moins 60 ms. Faux.
60 / 60 = 1
s = 1000 ms ; 60 /90 ~0,67 s = 670 ms ; 835 ±165 ms.
B.
La période d'un cycle électrique cardiaque est de 1100 ms à plus ou moins 60 ms. Faux.
C. Le patient est en arythmie : il bradycardie. Vrai.
60 / 1,12 ~53 bpm.
D. Le patient est en arythmie : il tachycardie. Faux.
E. Le patient n'est pas en arythmie. Faux.


Exercice 3.
L'allure de l'électrocardiogramme confirme un infarctus du myocarde. Le patient est monitoré pour surveiller l'évolution de son état de santé. Parmi les appareils utilisés, on trouve un saturomètre qui mesure la saturation en oxygène au niveau des capillaires sanguins.
Chaque molécule d'hémoglobine peut fixer 4 molécules de dioxygène.L'hémoglobine oxygénée HbO2 absorbe majoritairement dans l'infrarouge ( 900 nm) et l'hémoglobine désoxygénée Hb absorbe majoritairement dans le rouge ( 660 nm).
 Il est composé de deux diodes : l'une émet dans le rouge et l'autre dans l'infrarouge ; ces deux lumières traversent les capillaires sanguins de l'extrémité du doigt et sont absorbées différemment en fonction des quantités de Hb et HbO2 présentent dans le sang. La mesure des intensités reçues par le détecteur permet de remonter à la valeur de la saturation en oxygène.
La saturation en oxygène permet d'évaluer le taux de remplissage d'un globule rouge en oxygène ; par exemple, si la saturation en oxygène est de 90 %, alors en moyenne, chaque globule rouge contient 90 % d'oxyhémoglobine HbO2 et 10 % de déoxyhémoglobine Hb.

L'extrémité du doigt est vascularisée par les capillaires :
les capillaires les plus gros ont un diamètre de 30 µm et les capillaires les plus petits ont un diamètre de 3 µm.
5. Cocher la ( les) proposition(s) correcte(s).
A. L'absorption de lumière rouge modifie l'état vibrationnel de l'hémoglobine. Faux pour HbO2, vrai pour Hb.
B. L'absorption de lumière rouge modifie l'état électronique de l'hémoglobine. Faux.
C. L'absorption de lumière infrarouge modifie l'état vibrationnel de l'hémoglobine. Vrai pour HbO2, faux pour Hb.
D. L'absorption de lumière infrarouge modifie l'état électronique de l'hémoglobine. Faux.
E. Aucune réponse : durant la mesure, l'hémoglobine émet de la lumière mais n'en absorbe pas. Faux.
6. Dans quelle situation la diffraction de la lumière émise par la diode est-elle la plus importante ?
A. Diffraction de la lumière rouge par les capillaires de diamètre 3 µm. Vrai.
La longueur d'onde de la lumière  ( 0,66 µm ou 0,9 µm) doit être du même ordre de grandeur que la section du capillaire ( 3 µm) pour observer une diffraction importante.
B. Diffraction de la lumière rouge par les capillaires de diamètre 30 µm. Faux.
C. Diffraction de la lumière infrarouge par les capillaires de diamètre 3 µm. Vrai.
D. Diffraction de la lumière infrarouge par les capillaires de diamètre 30 µm. Faux.
E. Les items C et D sont faux car seule une lumière visible peut être diffractée. Faux.

7. La saturation en oxygène du patient chute à 80% puis redevient normale après l'avoir oxygéné sous masque. Quel était le nombre de mole de dioxygène contenus dans un volume d'un mm3 de sang lorsque le patient était en hypoxie ?
2,4 10-9 ; 3,0 10-9 ; 9,6 10-9 ; 1,2 10-8 ; 9,6 10-3.
Chaque globule rouge contient 80 % de HbO2. Chaque molécule d'hémoglobine fixe 4 molécules de dioxygène.
1 mm3 de sang contient environ 6 millions de globules rouges ; chaque globule rouge contient environ 300 millions de molécules d'hémoglobine.
Nombre de molécules HbO2 : 6 106 *300 106 *0,80 =1,44 1015 ;
 nombre de moles de dioxygène : 4 *1,44 1015 / (6 1023) =9,6 10-9 mol.




Exercice 4.
L'un des examen complémentaire est une échographie cardiaque. Ce procédé permet de vérifier le fonctionnement du coeur et de mesurer ses longueurs caractéristiques ( diamètre ventriculaire...) pour en déduire les grandeurs liées à son fonctionnement.
  8. On réalise une échographie en utilisant la direction d'émission du document. Quel est le diamètre ( mm) du ventricule gauche sachant que l'on mesure un décalage temporel Dt = 60 µs entre les deux échos relatifs aux deux parois de ce ventricule. Célérité du son VG = 1500 m/s.
22,5 ; 45 ; 67,5 ; 90 ; 112,5.
½VG Dt =0,5 *1500 *60 10-6 =4,5 10-2 m = 45 mm.
9. Si Dt est la différence de temps de parcours de deux ondes pour se rendre au point d'interférence M et si T est la période temporelle des deux ondes, l'interférence de ces deux ondes en M est constructive si Dt est égal à :
n T / c ; cT/n ; l / (nT) ; T / n ; n T.
Différence de marche d = c Dt = n l avec n entier.
l = cT ;
c Dt = n c T ; Dt = n T.
10.
 La sonde ultrasonore utilisé est constituée d'un quartz  piézoélectrique de rayon R. La surface de ce cristal se décompose en une infinité de sources ultrasonores ponctuelles émettant des ultrasons interférant dans l'espace. On se limite aux deux sources S1 et S2 situées aux extrémités du cristal. Elles émettent des ondes interférant en M. En M, l'interférence des ondes issues de S1 et S2 est :
A. Toujours constructive. Vrai d = S1M-S2M = 0 = n l avec n = 0.
B. Toujours destructive.
C. Constructive à certains instants seulement.
D. destructive à certains instants seulement.
E. tantôt constructive, tantôt destructive.









Exercice 5.
La surcharge pondérale du patient le rend faiblement échogène et ne permet pas des mesures précises en échographie cardiaque. On réalise alors une angiocardiographie. Elle consiste à injecter au patient un produit iodé opaque aux rayons X et à prendre des clichés radiographiques du coeur à différents instants pour en voir son fonctionnement.
Un tube RX est formé d'une cathode C et d'une anode A séparées d'une distance L entre lesquelles on impose une fifférence de potentielle VA-VC >0. La cathode chauffée émet des électrons avec une vitesse négligeable ; ils sont ensuite accélérés jusqu'à l'anode grâce au champ électrique E généré par la différence de potentiel VA-VC. Arrivés à l'anode, les électrons interagissent avec les atomes de celle-ci conduisant à la production de rayons X.
11. Entre la cathode et l'anode, l'électron n'est soumis qu'à l'action de la force électrique et il est animé d'un mouvement rectiligne uniformément accéléré.
A. Le mouvement est étudié en se plaçant dans le référentiel de l'électron. Faux.
B. L'accélération de l'électron augmente régulièrement entre la cathode et l'anode. faux.
C. La dérivée temporelle de la quantité de mouvement est égale à la force électrique. Vrai.
D. L'énergie mécanique de l'électron reste constante entre anode et cathode. Faux.
E. Le poids étant négligé, l'électron n'a aucune forme d'énergie potentielle. Faux.
12. Quelle est l'expression du travail de la force électrique entre cathode et anode ?
Ce travail est moteur, car la vitesse de l'électron augmente.
0 ; e(VA-VC) Vrai ; e(VC-VA) ; e(VA-VC) / L ; e(VC-VA) / L.
13. Si l'électron de masse m parvient au niveau de l'anode avec une vitese V et une énergie cinétique Ec, quelle est l'expression de la longueur d'onde l de l'onde de matière qui lui est associée ?
hV / Ec ; hc /Ec ; h / (mc) ; h / (2Ec)½ ; h / (2mEc)½  Vrai.
l = h / (mV) avec V = (2Ec / m)½ ; mV = (2mEc)½ .

Exercice 6.
Quelques années plus tard, l'état du patient se dégrade au point qu'une greffe cardiaque s'impose.
Le greffon est placé dans un récipient stérile, étanche, à usage unique. Il est immergé avec un volume adapté de sérum froid à une température de 4°C. On dépose un lit de glace pilée non stérile au fond du conteneur de transport pour que la température à l'intérieur de celui-ci soit de 0°C. Le conteneur est scellé.
Caractéristiques du greffon cardiaque.
 Température initiale lors du retrait du donneur : 37°C ; masse m = 300 g ; capacité thermique massique ~4,103 SI.
Le conteneur de transport est formé d'une plaque de polystyrène entourée de deux plaques de plastique de même épaisseur. Pour un flux thermique constant, l'évolution de la température à la traversée de la paroi du conteneur est représentée dans le graphique de gauche. La résistance thermique de la paroi du conteneur est Rparoi ~ 2 SI.
14. A propos du refroidissement du greffon dans le sérum.
A. La variation de température du greffon lors de son refoidissement est de -306 K. Faux (-37 K ).
B. L'échange thermique entre le sérum et le greffon est principalement réalisé par convection. Faux ( conduction).
C. L'unité dans le système internationnal de la capacité thermique massique est J °C-1 kg-1. Faux. (J K-1 kg-1).
D. La variation d'énergie interne du greffon lors de son refoidissement est de -39,6 kJ. Vrai.
Q = m c Dq = 0,300 * 4 103 *(4-37) = -39,6 kJ.
E. l'énergie potentielle de pesanteur du coeur fait partie de son énergie interne. Faux.
15. A propos de l'énergie thermique par conduction à travers la paroi du conteneur de transport.
A. Le transfert thermique est réalisé de l'intérieur du conteneur vers l'extérieur. Faux. ( du corps chaud vers le corps froid ).
B. Le flux thermique échangé par conduction à travers la paroi du conteneur est 10 W. Vrai.
Flux = DT / Rparoi = 20 / 2 = 10 W.
C. Le transfert est plus important si la température intérieure est 5°C et l'extérieur de 25°C. Faux, DT reste inchangée.
D. La résistance thermique d'une plaque en plastique est plus petite que celle en polystyrène. Faux.
E. La résistance thermique de la paroi du conteneur est le produit des résistances thermiques de chacune des plaques constituant cette paroi. Faux.



Exercice 7.
On se propose d'étudier le mouvement de l'électron d'un atome d'hydrogène décrit par le modèle de Rutherford.
On néglige le poids de l'électron face à la force électrique. Dans le repère représenté, la foce électrique est centripète, de valeur f = Ke2 / r2. K est une constante.
1) Etablir l'expression vectorielle de l'accélération.

2) Démontrer que le mouvement ciculaire est uniforme.
Le vecteur vitesse porté par la tangente au cercle est constamment perpendiculaire à la force électrique. Celle-ci ne travaille pas et ne modifie pas l'énergie cinétique de l'électron. La valeur de la vitesse de l'électron est donc constante : le mouvement est uniforme.
3) Etablir l'expression de la vitesse V.

4) Montrer que la période de révolution de l'électron autour du noyau vérifie une expression de la forme T = a (br3)½, où a et b sont des constantes à déterminer.


5) Dans ce modèle, on ontre que l'énergie totale de l'électron sur son orbite circulaire de rayon r vérifie E = -0,5 Ke2/r.
Expliquer pourquoi le document suivant met en défaut ce modèle.

Le spectre d'absorption de l'atome d'hydrogène est un spectre de raies. L'énergie de cet atome est quantifiée, contrairement à ce qu'indique le modèle de Rutherford.



  

menu