Leçons de niveau 11

Dispersion et réfraction de la lumière/Exercices/La fibre optique

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La fibre optique
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Exercices no2
Leçon : Dispersion et réfraction de la lumière

Exercices de niveau 11.

Exo préc. :Lois de Descartes
Exo suiv. :L'endoscopie
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Dispersion et réfraction de la lumière/Exercices/La fibre optique
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La fibroscopie[modifier | modifier le wikicode]

Doc. no 1 : le fibroscope

Le fibroscope est un appareil utilisé en médecine pour observer les cavités ou les conduits internes du corps (estomac, oseophage, côlon, trachée, bronches…). Il est constitué d'un tube flexible contenant deux faisceaux de fibres optiques :

  • le premier est utilisé pour véhiculer la lumière d'une source lumineuse jusqu'à la cavité afin de l'éclairer
  • le deuxième ramène les images

Il est possible d'ajouter différents dispositifs : pour souffler de l’air, pour laver les parois de la cavités, pour aspirer les fluides… et même des pinces pour couper amener la lumière d'un laser qui, par effet thermique, permet la destruction ou la cautérisation de tissus malades.

Schéma d'utilisation d'un fibroscope.jpg
Doc. no 2 : la fibre optique

Une fibre optique est un fin tuyau constitué d'un cœur et d'une gaine. Le cœur et la gaine sont fabriqués avec des matériaux transparents choisis de telle sorte que la vitesse de la lumière soit moins élevée dans le cœur que dans la gaine.

Lorsque la fibre est éclairée à une extrémité, la lumière est transmise à l'autre extrémité en restant confinée dans le cœur de la fibre, quelle que soit la courbure de celle-ci.

Structure dune fibre optique.jpg
  1. Pourquoi un fibroscope doit-il être constitué de plusieurs faisceaux de fibres optiques ?
  2. Combien de milieux transparents différents contient une fibre optique ?
  3. Qu'est-ce qui distingue ces différents milieux ?

La réflexion totale[modifier | modifier le wikicode]

Passage de la lumière de l'air au plexiglas[modifier | modifier le wikicode]

On utilise le dispositif schématisé ci-dessous :

Passage de la lumière de lair au plexiglas.jpg

Lorsque l'on augmente l'angle d'incidence, existe-t-il toujours un rayon réfracté dans le plexiglas ? Argumenter la réponse en expliquant la démarche et en complétant le schéma.

Passage du plexiglas à l'air[modifier | modifier le wikicode]

On disposera le dispositif comme illustré ci-dessous :

Passage de la lumière de lair au plexiglas 01.jpg
  1. Compléter le schéma en traçant un rayon incident et l'angle d'incidence.
  2. Expliquer pourquoi le fait de placer le demi-cylindre dans ce sens permet d'étudier le passage de la lumière du plexiglas dans l'air et non plus l'inverse comme dans la partie précédente ?
  3. Lorsque l'on augmente l'angle d'incidence, existe-t-il toujours un rayon réfracté dans le plexiglas ?
  4. En déduire une définition de ce que l'on appel l'angle limite.
  5. Peut-on observer un autre rayon que le rayon incident ?
  6. Justifier le titre de cette partie : « La réflexion totale ».

La fibre optique[modifier | modifier le wikicode]

On donne :

  • indice du plexiglas : np = 1,6
  • indice de l'air : na = 1
Coupe dune fibre optique.jpg
  1. À partir des explications données dans le doc. no 2 de la première partie, préciser qui, du cœur ou de la gaine a l'indice de réfraction le plus élevé.
  2. Dans une fibre optique, si le rayon entre sous une incidence adéquate, la lumière ne pénètre jamais dans la gaine. Expliquer comment cela est possible.
  3. Expliquer alors comment une fibre optique permet la propagation de la lumière. On pourra s'aider du schéma ci-dessous que l'on complètera.