QCM ondes.
Concours ESA Lyon 2014
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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.
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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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