Polycopié de Physique pour Étudiants en Biologie - Université 8 Mai 1945 Guelma

RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTÈÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
UNIVERSITÉ 8 MAI 1945 GUELMA
FACULTÉ DES MATHÉMATIQUES, DE L'INFORMATIQUE ET DES SCIENCES DE LA
MATIÈRE
Département : Sciences de la Matière
Polycopié de Physique
Travaux Dirigés
1ère année tronc commun Biologie
Dr. BAKHTATOU Ali
Décembre 2019

i
AVANT-PROPOS
première année
tronc commun Biologie. Son but est l'application des concepts de base de l'optique
géométrique, de l'hydrostatique et de hydrodynamique.
L'optique géométrique est un outil indispensable pour comprendre la conception des
instruments optiques, leur fonctionnement et leur méthodes de mesure. L'hydrostatique et
l'hydrodynamique ont pour but l'étude de la statique et la dynamique de fluides.
Les énoncés des exercices et leurs solution permettrons aux étudiants de se
familiariser et de s'entraîner à l'application des lois présentées dans les rappels de cours
réparties avant ces exercices.
J'espère que ce polycopié sera d'un apport précieux pour les étudiants de Biologie
pour la compréhension et la maitrise du module de physique et réussir ainsi avec succès leur
1ère année tronc commun Biologie. J'espère aussi que ce polycopié fournisse aux enseignants
de physique un outil de travail pratique et efficace. Je serai très reconnaissant aux lecteurs
qui me feront part des erreurs possibles et ou de leurs critiques.
Ali Bakhtatou

ii
TABLE DES MATIÈRES
INTRODUCTION.........................................................................................................................1
SÉRIE N°1: EQUATION AUX DIMENSIONS..................................................................................2
RAPPEL.......................................................................................................................................2
1.1 GRANDEURS PHYSIQUES......................................................................................................2
1.2 GRANDEUR SANS DIMENSION.............................................................................................2
1.3 H0M0GÉNÉITÉ........................................................................................................2
ENONCÉS DES EXERCICES...........................................................................................................3
EXERCICE 1.1..............................................................................................................................3
EXERCICE 1.2..............................................................................................................................3
EXERCICE 1.3..............................................................................................................................3
EXERCICE 1.4..............................................................................................................................3
EXERCICE 1.5..............................................................................................................................3
EXERCICE 1.6..............................................................................................................................4
EXERCICE 1.7..............................................................................................................................4
EXERCICE 1.8..............................................................................................................................4
EXERCICE 1.9..............................................................................................................................4
SÉRIE N°2:CALCUL DES INCERTITUDES ABSOLUE ET RELATIVE..................................................5
RAPPEL.......................................................................................................................................5
2.1 INCERTITUDE ABSOLUE........................................................................................................5
2.2 INCERTITUDE RELATIVE........................................................................................................5
2.3 CALCUL DE L'INCERTITUDE ABSOLUE...................................................................................5
2.4 CALCUL DE L'INCERTITUDE RELATIVE...................................................................................5
ENONCÉS DES EXERCICES...........................................................................................................7
EXERCICE 2.1..............................................................................................................................7
EXERCICE 2.2..............................................................................................................................7
EXERCICE 2.3..............................................................................................................................7
SÉRIE N°3....................................................................................................................................8
LOIS DE SNELL-DESCARTES.........................................................................................................8
RAPPEL.......................................................................................................................................8
3.1 INDICE DE RÉTRACTION ....................................................................................................8
3.2 DIOPTRES ET MIROIRS..........................................................................................................8
3.3 COMPORTEMENT D'UN RAYON LUMINEUX ARRIVANT SUR UN DIOPTRE..........................8
3.4 LOIS DE SNELL-DESCARTES...................................................................................................8
3.4.1 LOIS DE LA RÉFLEXION......................................................................................................8
3.4.2 LOIS DE LA RÉFRACTION...................................................................................................8
3.4.3 ANGLE DE RÉFRACTION LIMITE.........................................................................................9
3.4.4 REMARQUE.......................................................................................................................9
3.5 LE PRISME............................................................................................................................9

iii
3.6 MESURE DE L'INDICE DE RÉFRACTION D'UN PRISME..........................................................9
ENONCÉS DES EXERCICES.........................................................................................................10
EXERCICE 3.1............................................................................................................................10
EXERCICE 3.2............................................................................................................................10
EXERCICE 3.3............................................................................................................................10
EXERCICE 3.4............................................................................................................................10
EXERCICE 3.5............................................................................................................................11
EXERCICE 3.6............................................................................................................................11
EXERCICE 3.7............................................................................................................................11
EXERCICE 3.8............................................................................................................................12
EXERCICE 3.9............................................................................................................................12
EXERCICE 3.10..........................................................................................................................12
SÉRIE N°4: DIOPTRES, MIROIRS SPHÉRIQUES ET LENTILLES MINCES DANS l'APPROXIMATION
DE GAUSS.................................................................................................................................13
RAPPEL.....................................................................................................................................13
4.1 DIOPTRE SPHÉRIQUE..........................................................................................................13
CAS DU DIOTRE PLAN...............................................................................................................13
4.2 MIROIR SPHÉRIQUE............................................................................................................14
4.3 LENTILLES MINCES.............................................................................................................14
ENONCÉS DES EXERCICES.........................................................................................................16
EXERCICE 4.1............................................................................................................................16
EXERCICE 4.2............................................................................................................................16
EXERCICE 4.3............................................................................................................................16
EXERCICE 4.4............................................................................................................................17
EXERCICE 4.5............................................................................................................................17
EXERCICE 4.6............................................................................................................................17
EXERCICE 4.7............................................................................................................................17
EXERCICE 4.8............................................................................................................................18
SÉRIE N°5: INSTRUMENTS D'OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE: LA LOUPE ET LE MICROSCOPE
OPTIQUE..................................................................................................................................19
RAPPEL.....................................................................................................................................19
5.1 L'OEIL..................................................................................................................................19
MODÉLISATION DE L'OEIL........................................................................................................19
DÉFAUTSDE L'OEIL...................................................................................................................19
5.2 LA LOUPE............................................................................................................................20
5.3 LE MICROSCOPE OPTIQUE.................................................................................................20
ENONCÉS DES EXERCICES.........................................................................................................22
EXERCICE 5.1............................................................................................................................22
EXERCICE 5.2............................................................................................................................22
EXERCICE 5.3............................................................................................................................22
EXERCICE 5.4............................................................................................................................22
EXERCICE 5.5............................................................................................................................23
EXERCICE 5.6............................................................................................................................23
EXERCICE 5.7............................................................................................................................23

iv
EXERCICE 5.8............................................................................................................................24
EXERCICE 5.9............................................................................................................................24
EXERCICE 5.10..........................................................................................................................24
SÉRIE N° 6: HYDROSTATIQUE...................................................................................................26
RAPPEL.....................................................................................................................................26
6.1 PRESSION...........................................................................................................................26
6.2 RELATION FONDAMENTALE DE L'HYDROSTATIQUE..........................................................26
6.3 POUSSÉE D'ARCHIMÈDE.....................................................................................................26
6.4 TENSION SUPERFICIELLE....................................................................................................26
6.5 ANGLE DE CONTACT LIQUIDE/SOLIDE...............................................................................27
6.6 LOI DE LAPLACE......................................................................................................... ........27
6.7 LOI DE JURIN......................................................................................................................27
EXERCICE 6.1............................................................................................................................29
EXERCICE 6.2............................................................................................................................29
EXERCICE 6.3............................................................................................................................29
SÉRIE N° 7: HYDRODYNAMIQUE..............................................................................................26
RAPPEL.....................................................................................................................................26
7.1 L'HYDRODYNAMIQUE........................................................................................................30
7.2 ÉQUATION DE CONTINUITÉ...............................................................................................30
7.3 NOTION DE CHARGE..........................................................................................................30
7.4 THÉORÈME DE BERNOULLI................................................................................................30
7.5 VISCOSITÉ..........................................................................................................................30
7.6 RÉGIMES D'ÉCOULEMENT.................................................................................................31
7.7 LOI DE POISEUILLE.............................................................................................................31
ENONCÉS DES EXERCICES........................................................................................................32
EXERCICE 7.1............................................................................................................................32
EXERCICE 7.2............................................................................................................................32
CORRIGÉS DES EXERCICES........................................................................................................34
SÉRIE N°1..................................................................................................................................34
EXERCICE 1.1............................................................................................................................34
EXERCICE 1.2............................................................................................................................34
EXERCICE 1.3............................................................................................................................34
EXERCICE 1.4............................................................................................................................34
EXERCICE 1.5............................................................................................................................35
EXERCICE 1.6............................................................................................................................35
EXERCICE 1.7............................................................................................................................36
EXERCICE 1.8............................................................................................................................36
EXERCICE 1.9............................................................................................................................36
SÉRIE N°2..................................................................................................................................37
EXERCICE 2.1............................................................................................................................37
EXERCICE 2.2............................................................................................................................37
EXERCICE 2.3............................................................................................................................38
SÉRIE N°3..................................................................................................................................39
EXERCICE 3.1............................................................................................................................39