Physique, école de santé des armées ESA 2020.

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Exercice 1.

Df = fr-fo = 2 f0 v cos a / c avec  c = 1500 m /s.
fr : fréquence  de réception ; f0 fréquence émise comprise entre 2 et 10 MHz ; v : vitesse d'écoulement du sang.
QCM 1. Une onde ultrasonore se caractérise par le fait :
A. Qu'elle transporte de la matière mais pas d'énergie. Faux.
B. Que sa fréquence est supérieure à 20 kHz. Vrai.
C. Que c'est une onde transversale. Faux.
D. Que c'est une onde longitudinale. Vrai.
E. Qu'elle ne nécessite pas de milieu matériel pour se propager. Faux.

QCM 2. A propos de l'angle a :
A. Il n'intervient pas dans l'effet Doppler. Faux.
B. Son effet est d'autant plus marqué que sa valeur absolue est faible. Vrai.
C.
Son effet est d'autant plus marqué que sa valeur absolue est proche de 90°. Faux.
D. La variation de fréquence par effet Doppler est maximale pour a = 90°. Faux.
E.
La variation de fréquence par effet Doppler est nulle pour a = 90°. Vrai.

QCM 3. La variation de fréquence enregistrée pour f0 = 4 MHz,  a = 0 et v = 0,25 m /s vaut :
Df = 2 f0 v cos a / c = 2 x4 106 x0,25 x cos(0) / 1500 ~1,3 104 Hz = 13 kHz.
A. 13 Hz.
B. 130 Hz.
C.
1,3 kHz.
D. 13 kHz.
Vrai.
E.
130 kHz.

QCM 4. Pour une variation de fréquence de 2400 Hz avec f0 = 4 .3½ MHz et a = 30°, la vitesse du sang vaut :
v =
Df  c / (2 f0  cos a) = 2400 x1500 / ( 2 x 4 x3½x106 x cos(30) ~0,3 m /s.
A. 3 10-2 m /s.
B. 0,3 m /s.
Vrai.
C. 3 m /s.
D. 30 m /s.

E.
300 m /s.

QCM 5. Débit du sang Q =(19,6 ±0,2) 10-6 m3 /s. La valeur de l'incertitude absolue de cette mesure de débit est :
A. 19,6 m3 /s.
B. 2 10-7.

C. 2 10-7 m3 / s.
Vrai.
D. 1 %.

E.
0,1 %.

QCM 6. Débit du sang Q =(19,6 ±0,2) 10-6 m3 /s. La valeur ( en % ) de l'incertitude relative de cette mesure de débit est :
0,2 / 19,6 x100 ~ 1 %.
A. 15 %.
B. 10 %.

C. 5 %.
D. 3 %.

E.
1 %.
Vrai.

Exercice 2.
On s'intéresse à la propagation d'une onde ultrasonore dans le cas d'une échographie Doppler de la cellule d'émission jusqu'à son arrivée dans le milieu sanguin d'un vaisseau. On donne les vitesses ( m /s) de propagation de cette onde dans les milieux traversés.

Gel : 1600 ; peau : 1600 ; Derme -paroi du vaiseau : 1800 ; sang : 1500.

QCM 7. Lors de la propagation de cette onde de la cellule d'émission jusqu'au milieu du vaisseau, les paramètres qui varient sont :
A. La fréquence de l'onde.
B. La période de l'onde..

C. La longueur d'onde de l'onde.
Vrai.
D. L'énergie de l'onde.
Vrai.
E.
La célérité de l'onde.
Vrai.

QCM 8. La longueur d'onde dans le sang pour f = 6 MHz vaut :
l = c / f = 1500 /(6 106) =2,5 10-4 m = 250 µm.

A. 250 nm.
B. 250 µm.
Vrai.
C. 250 mm
.
D. 2,5 cm.

E. 25 cm
.


QCM 9. A propos de la propagation d'une onde ultrasonore dans différents milieux :
vos comprise entre 2700 et 4100 m /s.
A. La longueur d'onde de cette onde est la même dans un os que dans le milieu sanguin.
B.
La longueur d'onde de cette onde est plus petite dans un os que dans le milieu sanguin.
C.
La longueur d'onde de cette onde est plus grande dans un os que dans le milieu sanguin  Vrai.
D. Cette onde ultrasonore ne peut pas se propager dans un os.

E.
Cette onde ultrasonore peut se propager dans un os. Vrai.

QCM 10. L'onde incidente de longueur d'onde 500 µm arrive dans le milieu sanguin comme indiqué sur la figure et rencontre une plaque de graisse.
A. L'onde va subir un phénomène d'interférence car la dimension de la plaque de graisse est plus grande que la longueur d'onde de l'onde ultrasonore.
B.
L'onde va subir un phénomène d'interférence car la dimension de la plaque de graisse est plus petite que la longueur d'onde de l'onde ultrasonore.
C.
L'onde va subir un phénomène de diffraction car la dimension de la plaque de graisse est plus grande que la longueur d'onde de l'onde ultrasonore.
D.
L'onde va subir un phénomène de diffraction car la dimension de la plaque de graisse est plus petite que la longueur d'onde de l'onde ultrasonore.
E. Cette onde ne subira ni interférence ni diffraction. Vrai.


QCM 11. Suite du QCM 10. Les hématies composant le milieu sanguin ont un diamètre de 7,5 µm. Pour quelle gamme de fréquences de l'onde pourrait-on observer ce(s) phénomène(s) avec des hématies ?
La longueur d'onde doit être de l'ordre de grandeur du diamètre des hématies.
f = c / l =1500 / (7,5 10-6) =2 108 = 200 MHz.
A. f < 200 MHz.
B.
f = 200 MHz.
Vrai.
C.
f > 200 MHz
D. N'importe quelle fréquence convient.

E. Il est impossible de faire le calcul.


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Exercice 3.
La thermothérapie consiste en un apport de chaleur sur la zone sensible. On s'intéresse aux échanges de chaleur entre une bouillotte et la partie musculaire de la cuisse à travers la paroi peau-épiderme-hypoderme.

Caractéristiques de la paroi peau-épiderme-hypoderme : longueur : 30 cm ; largeur : 20 cm ; épaisseur 3 cm ,
conductivité thermique l = 0,5 W m-1 K-1.
Bouillotte à gel thermique : m = 800 g.
QCM 12. Les corps isolants d'un point de vue thermique, par rapport aux bons conducteurs thermiques, de mêmes dimensions, ont une résisatnce thermiqque :
A. Très faible.
B. Faible.

C. Moyenne.

D. Elevée. Vrai.

E. On ne peut pas répondre.

QCM 13. La résistance thermique de la peau-épiderme-hypoderme vaut :
Rth = e / (l S) =0,03 / (0,5 x 0,30 x0,20) = 1
K W-1.
A. 0,5 W K-1.
B. 0,5 K W-1.

C. 1 W K-1.
Vrai.
D. 1 K W-1

E. 44,4 K W-1.

Pour une thérapie efficace, le flux thermique à travers cette partie avant de la cuisse doit être de 10 W pendant 10 minutes.
QCM 14. La température au niveau du contact cuisse-bouillotte vaut :
Flux thermique = (T2-T1) / Rth ; 10 =(
(T2-37) /  1 ; T2 = 47°C.
A.32 °C
B. 42°C

C. 27°C.

D. 47°C.
Vrai.
E. 481°C.

QCM 15. A propos du transfert thermique :
A. Entre la bouillotte et la cuisse, ce transfert est dans le sens bouillotte cuisse. Vrai.
B. Entre la bouillotte et la cuisse, ce transfert est dans le sens cuisse bouillotte.
C. Ce transfert se fait principalement par rayonnement.

D.
Ce transfert se fait principalement par convection.
E.
Ce transfert se fait principalement par conduction. Vrai.

QCM 16 . La chaleur Q transférée à travers la cuisse pendant 20 minutes vaut :
10 W pendant 20 minutes ou 1200 s ; Q = 10 x 1200 = 120
00 J = 12 kJ.
A. 12 J.
B. 12 k J. Vrai.
C. 200 J.

D.
200 W.
E.
12 kcal.

QCM 17 . La bouillotte est portée de 27°C à 47 °C en la faisant chauffer dans un micro-onde de puissance 600 W pour qu'elle emmagasine 20 kJ. La capacité thermique massique du gel thermique composant cette bouillotte vaut :
Q = m c DT ; c = Q /(mDT) =
20 /(0,8 x20)=1,25 kJ kg-1K-1.
A. 1,25 J.
B. 1,25 kJ kg-1.
C.
1,25 kJ K-1
D.
1,25 kJ kg-1K-1. Vrai.
E.
1,25 kW kg-1K-1.

Exercice 4. La protonthérapie.
On s'intéresse au processus d'accélération du faisceau de protons dans un accélérateur linéaire où les forces de pesanteur et de frottement sont négligées.

Caractéristiques du proton : m = 1,6 10-27 kg ; e = 1,6 10-19 C.

QCM 18 . La norme du champ électrique E créé entre les deux armatures A et B vaut :
E = (UA-UB) / AB = 2 106 / 50
= 4 104 = 40 kV m-1.
A. 4 kV.
B. 4 kV m-1.
C.
40 kV.
D.
40 kV m-1. Vrai.
E.
400 kV.

QCM 19 . A propos du vecteur champ électrique :
A. Il est perpendiculaire aux armatures A et B. Vrai.
B. Il est parallèle aux armatures A et B.
C.
Il est orienté de A vers B. Vrai.
D.
Il est orienté de B vers A.
E. Il est constant entre les deux armatures A et B
. Vrai.

QCM 20 . On applique la relation fondamentale de la dynamique au proton se déplaçant de A vers B. Identifier l' ( les) énoncé(s) correct(s).



QCM 21. A propos du vecteur accélération du proton se déplaçant entre A et B :
A. Ce vecteur est parallèle aux armatures A et B.
B. Ce vecteur est perpendiculaire aux armatures A et B. Vrai.
C.
Il est orienté de A vers B. Vrai.
D.
Il est orienté de B vers A.
E. La norme de ce vecteur vaut 4 1012 ms-2.
Vrai.
a = e E / m = 1,6 10-19 x 40 103 / (1,6 10-27) =4 1012 ms-2.

QCM 22. L'zxpression générale de l'énergie mécanique du proton se déplaçant entre A et B est :
A. ½mv2-eU avec U le potentiel du point considéré.
B. ½mv2+eU. Vrai.
C. mv-eU.

D.
mv+eU
E. ½mv2 / (eU).


QCM 23. A propos de l'énergie mécanique du proton se déplaçant entre A et B :
Variation de l'énergie cinétique = travail de la force électrique.
½mv2B-0 = e(VB-VA) ;
v2B = 2e(VA-VB) / m = 2 x 1,6 10-19 x 2 106 / (1,6 10-27)=4 1014 : vB = 2 107 m /s.
A. L'énergie mécanique ne se conserve pas.
B. L'énergie mécanique se conserve. Vrai.
C.
La vitesse en A étant quasi-nulle, la vitesse en B vaut 1,4 107 m /s
D.
La vitesse en A étant quasi-nulle, la vitesse en B vaut 2 107 m /s. Vrai.
E. L'étude peut se faire en mécanique classique car la vitesse du proton est suffisamment faible par rapport à la vitesse du son.





  

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