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

La fibroscopie

Doc. n^o 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.

Doc. n^o 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.

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 ?

Solution

Cette solution n'a pas été rédigée. Vous pouvez le faire en modifiant le paramètre « contenu » du modèle. ^{Comment faire ?}

 

La réflexion totale

Passage de la lumière de l'air au plexiglas

On utilise le dispositif schématisé ci-dessous :

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.

Solution

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Passage du plexiglas à l'air

On disposera le dispositif comme illustré ci-dessous :

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 ».

Solution

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La fibre optique

On donne :

• indice du plexiglas : n_p = 1,6
• indice de l'air : n_a = 1

1. À partir des explications données dans le doc. n^o 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.

Solution

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