Ultrason

Nous ne pouvons pas entendre tous les sons qui pénètrent dans notre oreille. Nos oreilles sont conçues pour n'entendre qu'une certaine gamme de fréquences (ou longueurs d'onde) d'ondes sonores et nous n'enregistrons pas les autres. Un exemple quotidien de ce phénomène est l'utilisation des sifflets pour chiens, qui produisent un bruit extrêmement aigu que les chiens peuvent entendre, mais pas nous. En effet, les chiens ont des oreilles sensibles aux ondes sonores de plus haute fréquence. Ces ondes sonores sont appelées ultrasons - elles ont une fréquence plus élevée que celle que nous pouvons entendre.

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    Définition des ultrasons

    Les ultrasons sont des sons dont la fréquence est supérieure à la plage d'audition humaine - nous disons qu'ils sont trop aigus pour que les humains les entendent. Les ultrasons ont une fréquence supérieure à 20 kHz. Une personne à l'ouïe parfaite a une plage d'audition allant de 20 Hz à 20 kHz, bien que la plupart des gens aient une plage d'audition qui se situe dans ces valeurs extrêmes. Les humains sont particulièrement sensibles aux fréquences comprises entre 2000 Hz et 5000 Hz.

    Exemples d'ultrasons

    Bien que nous ne puissions pas entendre les ultrasons, ils peuvent être très utiles à bien des égards :

    Exemples d'ultrasons : Sonar

    Le sonar - également connu sous le nom d'écholocation - est une méthode permettant de trouver la distance d'objets et de surfaces difficiles à atteindre ou à mesurer. Le temps que mettent les ultrasons à rebondir sur l'objet peut être utilisé pour trouver la distance.

    Diagramme à ultrasons montrant le fonctionnement des bateaux de pêche à sonar StudySmarterLes bateaux de pêche utilisent des ondes ultrasonores pour trouver la position des poissons en dessous d'eux, istockphoto.

    Par exemple, les bateaux de pêche transportent parfois un équipement sonar afin de pouvoir déterminer la profondeur de l'eau qu'ils traversent. Des impulsions d'ultrasons sont émises depuis le bateau par un émetteur. Le temps que mettent les impulsions à atteindre le fond marin et à se réfléchir vers le bateau est mesuré à l'aide d'un détecteur (les ondes ultrasonores pourraient également être dirigées vers un banc de poissons afin de voir à quelle distance ils se trouvent pour aider à les attraper). Le signal ultrasonore est converti en impulsion électrique et le temps écoulé entre la libération des ondes et la valeur la plus élevée du signal électrique peut être utilisé, avec la vitesse à laquelle les ondes se déplacent dans l'eau, pour déterminer la profondeur de l'eau.

    Un grand bateau de pêche se déplace quelque part dans l'océan Atlantique et souhaite connaître la profondeur de l'eau. Il envoie une impulsion d'ondes ultrasonores vers le fond marin et obtient un pic du signal électrique dans le détecteur12 secondsplus tard. Quelle est la profondeur de l'océan à cet endroit (la vitesse des ondes ultrasonores dans l'eau est d'environ1500 m/s) ?

    Nous connaissons le temps pendant lequel les ondes ultrasonores se sont déplacées ainsi que leur vitesse dans l'eau, nous pouvons donc trouver la distance parcourue en utilisant l'équation suivante :

    s = v t s=vt

    Ou en d'autres termes,

    Distance = speed ×time

    dans laquellesest la distance,vest la vitesse ettest le temps.

    Les valeurs de la vitesse et du temps données dans la question peuvent être utilisées pour trouver la distance :

    s=vt=1500 m/s × 12 s=18000 m.

    Cependant, les ondes ultrasonores doivent se rendre au fond de la mer et remonter jusqu'au bateau, la profondeur d sera donc égale à la moitié de la distance totale parcourue :

    d=s2=9000 m

    Échographies

    L'échographie peut également être utilisée pour la scintigraphie fœtale - également appelée scintigraphie prénatale. Elle permet aux médecins de vérifier le sexe des bébés avant leur naissance. Elle peut également être utilisée pour voir si un bébé est en bonne santé et pour trouver sa position.

    Échographie Un résultat d'échographie fœtale StudySmarterLes échographies sont utilisées pour produire des images des bébés et des fœtus lorsqu'ils sont encore dans l'utérus.

    Le processus de scintigraphie fœtale consiste à déplacer une sonde sur le ventre de la mère, ce qui envoie des ondes ultrasonores dans son corps. Les ondes ultrasonores sont partiellement réfléchies chaque fois qu'elles atteignent une limite entre deux matériaux différents. Dans ce cas, une partie du signal ultrasonore sera renvoyée lorsqu'il atteindra le corps du bébé, qui est un matériau différent du liquide qui l'entoure. La sonde détecte alors le rayonnement ultrasonore qui revient. Elle peut être déplacée pour déterminer le temps que mettent les ultrasons à revenir en différents points, ce qui peut être utilisé avec la vitesse connue des ondes dans le liquide pour produire une image du bébé.

    Utilisations des ultrasons

    Outre les exemples mentionnés ci-dessus, les ultrasons ont de nombreuses autres utilisations, tant en médecine que dans l'industrie.

    Utilisations des ultrasons : Applications médicales

    L'échographie n'est pas seulement utilisée pour les personnes qui accouchent, elle peut aussi être utilisée à des fins d'imagerie médicale. Par exemple, les personnes qui ont un problème quelconque avec leurs organes internes, comme des poumons ou des reins endommagés.

    Tu as peut-être déjà appris comment les rayons X peuvent être utilisés pour identifier les problèmes internes du corps. Il y a beaucoup moins de risques d'endommager tes organes internes lorsque tu utilises l'échographie plutôt que la radiographie.

    Utilisations de l'échographie : Contrôle de la qualité

    Les ultrasons sont également utilisés dans l'industrie pour vérifier les irrégularités des matériaux, tels que les moulages en métal. Il s'agit d'envoyer des impulsions d'ultrasons à travers le matériau, lorsque les ondes atteignent une fissure dans la structure de l'objet, elles seront partiellement réfléchies. Cela signifie qu'il y aura une petite impulsion dans le signal électrique détecté qui arrivera plus tôt que le temps qu'il faudrait aux ondes pour aller jusqu'à l'extrémité de l'objet et revenir. Cela peut être utilisé avec la vitesse des ondes ultrasonores dans le matériau pour trouver la position exacte de l'irrégularité.

    Ultrasons Un homme utilise un équipement à ultrasons pour détecter les fissures dans un tuyau StudySmarterL'équipement à ultrasons peut être utilisé pour détecter des fissures dans un tuyau.

    Avantages de l'échographie

    L'échographie est utilisée en médecine pour différents problèmes médicaux. Cela s'explique par le fait qu'ils présentent certains avantages clés par rapport à d'autres techniques médicales :

    • Les ultrasons peuvent être utilisés pour former des images des organes internes sans qu'il soit nécessaire d'opérer les patients. Cela permet d'économiser beaucoup de temps et d'argent et d'éviter les risques liés à une chirurgie invasive.
    • L'équipement utilisé pour l'échographie est peu coûteux par rapport à d'autres types d'équipement d'imagerie médicale. Il est également assez facile à transporter et à utiliser.
    • Comme mentionné plus haut, l'échographie n'est pas très nocive pour les organes internes (ou pour les fœtus lorsqu'elle est utilisée pour le scanner fœtal). Elle ne cause aucun dommage aux tissus par rapport à d'autres techniques qui nécessitent que le patient soit exposé à des radiations ionisantes telles que les rayons X qui peuvent parfois être très dommageables pour les cellules du corps.
    • Les ultrasons peuvent être utilisés pour capturer des images de tissus mous qui n'apparaîtront pas lors de l'utilisation d'autres techniques d'imagerie médicale telles que les radiographies. En effet, les images produites proviennent de la façon dont les ultrasons sont partiellement réfléchis aux limites entre les matériaux et même si le signal électrique produit est faible, la limite peut toujours être identifiée. D'autre part, les rayons X fonctionnent sur la base de la formation d'une image en faisant passer les rayons X à travers le corps et en formant une image à partir des points où aucun rayonnement ne passe (par exemple s'il est bloqué par un os), de sorte que les tissus mous ne seront pas identifiés.

    Ultrasons - Points clés à retenir

    • Les ultrasons sont des sons dont la fréquence est supérieure à 20 kHz - c'est la limite supérieure de la gamme des fréquences sonores que les humains peuvent entendre.
    • Les ultrasons sont très utiles pour localiser des objets et des surfaces qui ne sont pas facilement accessibles ou qui ne peuvent pas être mesurés directement.

    • Des images de bébés peuvent être réalisées grâce à l'échographie fœtale. Il s'agit de diriger des ondes ultrasonores vers le fœtus et d'utiliser l'intensité des ondes réfléchies en différents points pour former une image.

    • L'échographie présente de nombreux avantages par rapport à d'autres techniques médicales : l'équipement est moins cher, il n'est pas nécessaire d'opérer et l'échographie est beaucoup plus sûre que d'autres méthodes.

    Questions fréquemment posées en Ultrason
    Qu'est-ce qu'un ultrason?
    Un ultrason est une onde sonore de fréquence supérieure à 20 000 Hz, inaudible par l'oreille humaine.
    Comment sont utilisés les ultrasons en médecine?
    En médecine, les ultrasons sont utilisés principalement dans les échographies pour visualiser l'intérieur du corps sans intervention chirurgicale.
    Quels sont les avantages des ultrasons en physique?
    Les ultrasons ont des avantages comme la non-invasivité, la précision et la capacité à pénétrer différentes matières pour analyse.
    Comment fonctionnent les appareils à ultrasons?
    Les appareils à ultrasons émettent des ondes sonores à haute fréquence qui se réfléchissent sur les objets et sont captées pour créer des images ou des mesures.

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    Les chiens et les humains peuvent-ils entendre des fréquences plus élevées ?

    Laquelle de ces options n'est pas une utilisation des ultrasons sur un bateau de pêche ?

    Les ultrasons sont dangereux pour les tissus humains. Cette affirmation est-elle vraie ou fausse ?

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