[PDF] CHAPITRE 10 : MODELISATION DINTERACTIONS

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CHAPITRE 10 :

MODELISATION

D'INTERACTIONS

FONDAMENTALES

I. Charge électrique,

électrisation, loi de

Coulomb

A. La charge électrique

Déjà dans l'Antiquité, on savait

qu'en frottant un marceau d'ambre avec de la fourrure ou de la laine, il pouvait attirer à lui des objets légers. Cette attraction a pour origine les propriétés électriques de la matière.

Selon les matières

mises en jeu, une attraction ou une répulsion peuvent

être observé es. Il

existe deux caractères électriques, liés à deux types de charge électriques : positive et négative. Des charges de même signe se repoussent alors que des charges de signes opposés s'attirent. Toute charge est égale à un multiple de la charge

élémentaire !=1,602×10

-. L'unité dans le système international de la charge est le coulomb, noté - :

§ Un électron porte une charge de -! et un

proton une charge +! ; § La cohésion de la matière est assurée par les charges des particules qui la const ituent, même si la matière est lacunaire.

B. Electrisation

1. Electrisation par frottement

Lors du frottement entre l'ambre et la laine, la laine donne certains de ses électrons à l'ambre. Les deux matériaux sont ici électrisés par frottement, l'ambre devient électriqueme nt négatif et la laine

électriquement positive.

2. Électrisation par contact

Un objet chargé électriquement, mis en contact avec un objet neutre, lui transfère une partie de sa charge.

Si le matériau :

§ Conducteur, alors la charge se répartit sur toute sa surface ; § Isolant, alors la charge reste au niveau de la zone de contact.

3. Electrisation par influence

Lorsqu'on approche un objet chargé :

§ D'un matériau conducteur : la répartition des charge s est modifiée dans le conducteur ;

§ D'une substan ce dipolaire : le s dipôles

s'orientent dans le sens du cha m

électrostatique créé par l'objet.

C. Loi de Coulomb

Au XVII

ème

siècle, Charles-Augustin Coulomb (1736-

1806) effectue des mesures de forces électrostatiques

sur des sphères chargées à l'aide d'une balance de torsion.

Il démo ntre que la valeur de cet te force 0

1 est proportionnelle aux charges électriques mises en jeu, et proportionnelle à l'inverse du carré de la distance séparant le centre des sphères : 0 1 =2× │4 5 ×4 6 7 56
8 www.plusdebonnesnotes.com - Spé Physique-chimie - Première générale - M. Sivasuthasarma 1 Chapitre 10 : Modélisation d'interactions fondamentales

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II. La force

gravitationnelle et la force électrostatique

A. De l'interaction à la force

Soit deux obj ets A et B qui agissent de manière réciproque l'un sur l'autre. A agit sur B et B agit sur A, on dit que ces objets sont en interaction. Chaque action est modélis ée par une fo rce, elle-même représentée par un vecteur portant quatre caractéristiques : un sens, un e direction, une intensité et un point d'application.

B. La force gravitationnelle

Tous les corps qui ont une masse s'attirent les uns les autres : ce phénomène est appelé la gravitation. Ces actions sont réciproques, on parle donc d'interaction gravitationnelle. La force modélisan t ces actions est appelée force d'interaction gravitationnelle, elle est décrite par la relation : 0 A 5 ×A 6 7 8 B

§ @=6,67×10

D.2F )8 .A 8 la constante de gravitation universelle ;

§ A

5 et A 6 les masses en 2F des corps A et B ; § 7 est la distance séparant A et B en mètre A B est le vecteur unitaire porté par la droite (<>), orienté de A vers B. L'intensité de la force gravitationnelle est égale à la norme de la force précédente : 0 G H ×G I J² On remarque que l'action gravitationnelle d'un corps A sur un corps B est de même intensité que celle du corps B sur le corps A. Ainsi, la Terre attire autant la

Lune que la Lune attire à elle la Terre.

C. La force électrostatique

Tous les corp s possédant une charge électr ique s'attirent ou se repoussent de manière réciproque. La forc e modélisant ces actions est appelée force électrostatique, elle est décrite par la relation : 0 1 =2× 4 5 ×4 6 7 8 B

§ 2=8,99×10

D.A 8 )8

§ 4

5 et 4 6 les valeurs des charges électriques portées respectivement par les corps < et > et exprimées en coulomb

§ 7 la distance entre < et > exprimée en

(A). L'intensité de cette force est égale à la valeur absolue de la relation précédente : 0 1 =2× │4 5 ×4 6 7 8 On remarque ici aussi que l'action électrostatique d'un corps A sur un corps B est de même intensité que celle exercée par le corps B sur le corps A.

Attention :

§ Attention au ré férentiel choisi.

Habituellement, l'origine du repère spatial

est prise au centre du corps de masse la plus grande. Par exempl e, lors de l'étude de l'interaction gravitationnelle entre le Soleil et la Terre, on se place généralement dans le réfé rentiel héliocentrique, donc : 0

NOP!QP→R!SS!

A T ×A U 7 8 B 0

R!SS!→NOP!QP

A T ×A U 7 8 B i. iâ ✗'-B t 'Fe système .tu www.plusdebonnesnotes.com - Spé Physique-chimie - Première générale - M. Sivasuthasarma 2 Chapitre 10 : Modélisation d'interactions fondamentales

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§ Attention à bien vérifier le signe des charges, cela a une conséquence directe sur l'orientation des forces mises en jeu.

III. Le champ gravitationnel et

le champ électrostatique

A. Les champs

1. Généralités

Un champ représente la cartographie dans l'espace d'une grandeur physique. On définit deux types de champs :

§ Les champs scalaires dont la g randeur

cartographiée est scalaire, par exemple les champs de température et de pression ;

§ Les ch amps vectoriels don t la grandeur

cartographiée est vectorielle, par exemple les champs de vitesse (vent), gravitationnel et électrostatique. Cette carte indique un champ scalaire de température en °C (en couleur) et un champ vectoriel de vitesse du vent (matérialisé par les flèches).

2. Étude d'un champ vectoriel

Pour dessiner un champ vectoriel, on représente dans l'espace les vecteurs des grand eurs qui nous intéressent. Afin de mieux visualiser un champ vectoriel, on trace les lignes de champ. Ce sont les courbes qui suivent les vecteurs en respectant leur direction : elles sont tan gentes en tout po int au vecteur champ. Plus les lignes de champ sont proches les unes des autres, plus le champ e st intense dans la zone considérée.

B. Champ gravitationnel

Tous les corps ayant une masse s'attirent les uns les autres. Afin de décrire l'action gravitationnelle d'une masse en particulier dans une zone spatiale donnée, on fi xe une masse et on repré sente le champ gravitationnel qu'elle crée. La valeur du champ gravitationnel créé par une masse A peut être déterminée à partir de la relation V G J W B . On rappelle que @ est la constante de gravitation universelle @=6,67× 10 D.2F )8 .A 8

On appe lle couramment " champ de pesant eur

terrestre », le champ gravitationnel de la Terre à sa surface.

C. Le champ électrostatique

Tous les objets portant une charge repoussent ou

attirent tous les autres o bjets portant u ne charge électrique. Afin de décrire l'action électrostatique d'une char ge électrique dans une zo ne spatiale donnée, on se place du point de vue de cette charge et on représente le champ électrostatique créé. X

Y⃗

=2× 4 7 8 B

On rappelle que 2=9,0×10

D.A 8 )8 On précise ici que la charge est positive à gauche et négative à droite.

Attention :

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§ L'unité d'un champ dépend de la grandeur cartographiée.

§ L'unité de V est le D.2F

ou le A.Z )8

§ L'unité de X est le D.-

ou le [.A

IV. Exercices

Exercice n°1

Exercice n°2

Exercice n°3

Exercice n°4

Exercice n°5

Exercice n°6

Exercice n°7

Exercice n°8

Exercice n°9

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Exercice n°10

Exercice n°11

Exercice n°12

Exercice n°13

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Exercice n°14

Samedi

01janvier

2022
.PG

Spé

-Physique CD >.µÉe muka•µ☒ qÎ L' ombre aun potentielélectrique inférieuràlalaine _Donc l' ambre se chargenégativement proton

électrons

électrons

1 2

Êzlz

112
Fin 1) E- kx 7-1 d' Fe 8/99 109
602

10-19/2

(1,0 10-3) 2 Fe -_2,3×10 N .2) E- mxj =G mËmËm .Ê=qxÊ F. kx 9AM BÉ de =9A✗k✗µEq→ Fe Q F- exF- =1,602×10-173,0×15 4,8 10 N .3) F- 8,99 109
1602
15 !0×10-3 14 10 -3N V. m F :attractive .V :cf formule .F :cf formule .V F F F .-F =G✗mAç?B_ diminue

égale

cf formule .égale1) Ici 2- =2. Donc l' atome est composé de

2prot-ons.br

l' atomeest

électriquement

neutre .Donc il contient Ie .Et A- A -2=4-2 =2neutnons.LI F je =8,99×109×4,602×10 ne _=kx 4 9 (31

10-12)

=2,4×10-7 Nquotesdbs_dbs29.pdfusesText_35

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