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Ancien élève de l’ENS-ULM professeur de biophysique assesseur du Doyen de la faculté de médecine de Poitiers responsable du premier cycle Jean-Yves Bounaud Docteur en sciences docteur en pharmacie et maître de conférences à la faculté de médecine de Poitiers PACES

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édition

Table des matières

III © Dunod - Toute reproduction non autorisée est un délit.

Physique

[Mécanique]

Fiche cours1Cinématique du point2

Fiche cours2Dynamique du point matériel6

Fiche cours3Étude énergétique8

Fiche cours4Chocs entre deux particules12

Fiche cours5Les oscillateurs mécaniques15

Fiche QCM6QCM19

[Thermodynamique] Fiche cours7Théorie cinétique du gaz parfait27 Fiche cours8Statique des fluides ou hydrostatique32 Fiche cours9Premier principe de la thermodynamique35 Fiche cours10Paramètres d'état. Transformations. Travail échangé au cours d'une transformation réversible39 Fiche cours11Second principe de la thermodynamique42 Fiche cours12Changements de phases d'un corps pur45

Fiche cours13Phénomènes de transport49

Fiche cours14Thermodynamique chimique53

Fiche QCM15QCM57

[Mécanique des fluides]

Fiche cours16Les phénomènes de surface63

Fiche cours17Mécanique des fluides67

Fiche QCM18QCM71

[Électricité - Électromagnétisme] Fiche cours19Champ et potentiel électrostatiques76

Fiche cours20Le dipôle électrostatique80

Fiche cours21Flux du vecteur champ électrique. Théorème de Gauss83 [Table des matières] IV Fiche coursCondensateurs. Capacité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86 Fiche coursÉlectrocinétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91 Fiche coursMilieux conducteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94 Fiche coursChamp d'induction magnétique . . . . . . . . . . . . . .98

Fiche coursAction d'un champ magnétique

B sur un circuit fermé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102

Fiche coursMouvement d'une particule chargée

dans un champ uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . .104 Fiche QCMQCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 9 [Ondes] Fiche coursGénéralités sur les ondes . . . . . . . . . . . . . . . . . .113 Fiche coursEffet Doppler-Fizeau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Fiche coursNotions sur les ondes électromagnétiques . . . . .121 Fiche coursInterférences. Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125 Fiche QCMQCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 0 [Optique géométrique] Fiche coursFondements de l'optique géométrique . . . . . . . .134 Fiche coursDioptres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138 Fiche coursLes lentilles minces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142 Fiche coursL'oeil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 5 Fiche coursLes instruments d'optique . . . . . . . . . . . . . . . . . .147 Fiche QCMQCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2 [Lumière et ondes] Fiche coursLes origines de la physique quantique . . . . . . . .159 Fiche coursNiveaux d'énergie dans un atome . . . . . . . . . . .162 Fiche coursLe laser - Oscillateur à fréquence optique . . . . .166 Fiche coursMécanique ondulatoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170 Fiche QCMQCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 3 [Biophysique des solutions] Fiche coursGénéralités sur les solutions aqueuses . . . . . . . .182 Fiche coursAcides et bases en solution aqueuse . . . . . . . . .187 Fiche courspH d'une solution aqueuse . . . . . . . . . . . . . . . . .189 Fiche coursValeur de pH d'une solution aqueuse . . . . . . . . .192 Fiche cours49Réactions acide-base. Courbes de titrage . . . . . .195

Fiche cours50Diagramme de Davenport et troubles

acido-basiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199 Fiche cours51Osmose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .202 Fiche cours52Mesure de la pression osmotique . . . . . . . . . . . .204 Fiche cours53Travail osmotique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .206 Fiche cours54Phénomènes électriques. Effet Donnan . . . . . . .208 Fiche cours55Ultrafiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210 Fiche QCM56QCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 3 [Les radiations ionisantes] Fiche cours57Le noyau atomique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .217 Fiche cours58Stabilité des noyaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221 Fiche cours59La radioactivité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224 Fiche cours60Les différentes radioactivités . . . . . . . . . . . . . . . .226 Fiche cours61Décroissance radioactive . . . . . . . . . . . . . . . . . . .231 Fiche cours62Une application de la radioactivité. La datation .234 Fiche cours63Filiations radioactives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .236 Fiche cours64Les réactions nucléaires provoquées . . . . . . . . .239 Fiche cours65Interactions des particules chargées avec la matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Fiche cours66Spectre des rayons X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .244 Fiche QCM67QCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 7 [Biophysique sensorielle] Fiche cours68Les amétropies sphériques . . . . . . . . . . . . . . . . .255 Fiche cours69L'astigmatisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .259 Fiche cours70La presbytie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .261 Fiche cours71Ondes sonores et audition . . . . . . . . . . . . . . . . .264 Fiche cours72Propagation des sons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .266 Fiche cours73Sons purs et sons complexes . . . . . . . . . . . . . . .269 Fiche cours74L'audition subjective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .272 Fiche QCM75QCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 5 [Imagerie médicale] Fiche cours76Formation des échos. Impédance acoustique . . .281 Fiche cours77Atténuation du faisceau ultrasonore . . . . . . . . . .284 Fiche cours78Imagerie médicale à l'aide des ondes U.S. . . . . .286 Fiche cours79L'échographie Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .288 V Fiche cours80Les nombres quantiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . .291 Fiche cours81Moments magnétiques de particules chargées .294 Fiche cours82Les bases physiques de la RMN . . . . . . . . . . . . .296 Fiche cours83Notions d'imagerie RMN . . . . . . . . . . . . . . . . . . .300 Fiche QCM84QCM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 4

Compléments mathématiques

Fiche méthode85Dérivées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .310 Fiche méthode86Primitives. Intégrales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .312 Fiche méthode87Fonctions logarithme et exponentielle . . . . . . . .315 Fiche méthode88Fonctions de plusieurs variables indépendantes 318 Fiche méthode89Développement de fonctions en séries entières .320 Fiche méthode90Équations différentielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . .323 Fiche méthode91Vecteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .326 Fiche méthode92Grandeurs fondamentales associées à un champ de vecteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . .330 VI 2

Repérage d'un point. Le paramètre position

a. En coordonnées cartésiennes [Mécanique]

Cinématique du point

b. En coordonnées polaires (cas d'un mouvement plan) [IMPORTANT] OM u r u est une base locale mobile, orthonormée directe, liée au point M. © Dunod - Toute reproduction non autorisée est un délit. [Cinématique du point] 3 c. En coordonnées cylindriques

OMOHHMru

r zu z

AvecrOHetOxOH

OM Hu r xyz r uzz M On définit la vitesse d'un point Mdans le repère ?par : dOM dt L'accélération du mobile, à l'instant t, est la dérivée dans (?) du vecteur vitesse par rapport au temps, soit : ad dt d 2 OM dt 2 a. En coordonnées cartésiennes dOM dt xiyjzkxdx dtydydtzdzdt ad dt xiyjzkxd 2 x dt 2 yd 2 y dt 2 zd 2 z dt 2 [Cinématique du point]

Physique

b. En coordonnées cylindriques 2 2?? c. Dans le repère de Frenet On introduit un repère mobile ????, lié au mobile tel que : : vecteur unitaire porté par la tangente à la courbe et orienté dans le sens du mouvement : vecteur unitaire orthogonal à ??et dirigé vers la concavité de la trajectoire ??avec 2

Étude de quelques mouvements usuels

a. Mouvement rectiligne uniforme Pour un mouvement rectiligne uniforme ????, par suite : 0 et 0 0 b. Mouvement rectiligne uniformément varié Un point mobile a un mouvement rectiligne uniformément varié si 0 0 ????, par suite : 1 0 2 0 0 3 1 2 0 2 0 0 soit 2 20 2 0 0 c. Mouvement rectiligne sinusoïdal

Définition

Un mobile est animé d'un mouvement rectiligne sinusoïdal si sa trajec- toire est une droite et sa loi horaire est une fonction sinusoïdale d u temps, soit : sin?? : amplitude du mouvement ?: pulsation?en rads 1 : phase à l origine?en rad ??: phase à la date?en rad

Vitesse et accélération du mobile

cos?? 2 sin?? 2 soit? 2 0 d. Mouvement circulaire uniforme

Définition

Un point mobile

a un mouvement circulaire uniforme lorsqu'il se déplace sur un cercle fixe, de rayon , par rapport au repère d'espace choisi à la vitesse angulaire 0

Vitesse et accélération du mobile

2 20 L'accélération est centripète et le mouvement est périodique de période 0 2 0 © Dunod - Toute reproduction non autorisée est un délit.

Physique???

Dynamique

du point matériel

Les éléments cinématiques

a. Quantité de mouvement d'un point matériel Soit un point matériel , de masse , se déplaçant à la vitesse ?dans un repère Le vecteur quantité de mouvement du point matériel , noté , dans le repère s'écrit : : vecteur quantité de mouvement : masse du point matériel ?: vecteur vitesse du point matériel b. Énergie cinétique Un point matériel de masse se déplaçant à la vitesse ?, dans un réfé- rentiel ( ), possède une énergie cinétique telle que : 1 2? 2 en J en kg ?en ms 1 c. Relation entre énergie cinétique et quantité de mouvement

Comme ?alors

2 2? 2 et par suite : 2

2: module du vecteur quantité de mouvement

Les différentes lois de Newton

a. Principe d'inertie (1 re loi de Newton) Le centre d'inertie d'un solide (pseudo) isolé est tel que : [Mécanique]

Physique

6 [Dynamique du point matériel]

Physique

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