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1
Correction du devoir n°1 de physiqueCorrection du devoir n°1 de physiqueCorrection du devoir n°1 de physiqueCorrection du devoir n°1 de physique
C A RExercice 1Exercice 1Exercice 1Exercice 1 :::: Découvrir la composition d"un atomeDécouvrir la composition d"un atomeDécouvrir la composition d"un atomeDécouvrir la composition d"un atome
1- Ordres de grandeurs :
L"ordre de grandeur du rayon atomique est de 10
-10m. Le rayon du noyau est lui de l"ordre de 10 -15m.2- Charge électrique élémentaire :
La charge élémentaire est la plus petite charge électrique existant. Toute charge électrique est
un multiple positif ou négatif de cette charge élémentaire. Elle est définie comme la valeur
absolue de la charge d"un électron.3-a) Noyau de l"atome de carbone ?
Ce noyau possède six neutrons et une charge électrique de 9,6.10 -19C. On peut donc en déduire le nombre de protons contenus dans ce noyau :66,16,9
10.6,110.6,910.6,9191919====---eNP
Le noyau contenant six neutrons et six protons, on en déduit donc qu"il s"agit de l"isotope 12 du carbone.3-b) Symbole de ce noyau atomique :
Symbole du noyau du carbone 12 :
C12 6Exercice 2Exercice 2Exercice 2Exercice 2 :::: Caractériser une interaction gravitationnelleCaractériser une interaction gravitationnelleCaractériser une interaction gravitationnelleCaractériser une interaction gravitationnelle
1- Loi de Newton :
Soient deux corps ponctuels A et B de masses mA etmB, séparés d"une distance AB. Ces deux corps s"attirent mutuellement : A exerce une force d"attraction sur B et B exerce une force d"attraction sur A. Les caractéristiques de cette force sont les suivantes : Point d"application : la force exercée par A sur B à son point d"application en B. La force exercée par B sur A en A.Direction : la droite (AB)
Sens : de A vers B pour la force exercée par B sur A. De B vers A pour la force exercée par A sur B.Portée : infinie
Valeur : les forces exercées par B sur A et par A sur B ont les mêmes valeurs : 2AB mmGFBA´´= G est la constante universelle de gravitation encore appelée constante de Cavendish.2-a) Points d"application des forces gravitationnelles :
Les deux astres étant à répartition sphérique de masse, on peut appliquer la loi de Newton, et les
points d"application des deux forces sont les centres de gravité des deux astres.2-b) Expression de la force exercée par Mars sur Phobos :
On applique la loi de Newton :
2/ PMPMPMdMMGF-
Où M
M et MP sont les masses respectives de Mars et Phobos, et dM-P la distance entre Mars etPhobos.
mA et mB : masses en kgAB : distance en m
F : force en Newton
22-c) Calcul de la valeur de cette force :
15 2 616231110.4,510.4,910.1,110.5,610.67,6=´=-
gFN3- Schéma :
Exercice 3Exercice 3Exercice 3Exercice 3 :::: Le pendule électLe pendule électLe pendule électLe pendule électrostatiquerostatiquerostatiquerostatique
1- Electrisation :
On peut facilement électriser une règle en plastique en la frottant avec un morceau de laine ou
une peau de chat. Les frottements vont permettre un transfert d"électrons entre les deux corps qui vont donc s"électriser et porter une charge non nulle.2- Loi de Coulomb :
L"interaction entre deux corps ponctuels A et B portant les charges respectives qA et qB a les
caractéristiques suivantes : · Point d"application : la force exercée par A sur B a son point d"application en B, celle exercée par B sur A a son point d"application en A.· Direction : La droite (AB)
· Sens : deux charges de même signe se repoussent, deux charges de signes opposés s"attirent.· Valeur :
2AB qqkFBA´=3- Nature de l"interaction électrique :
Le pendule et la règle portant des charges de natures différentes (négative pour le pendule et
positive pour la règle), les forces d"interactions électriques seront attractives.4- Valeur de la force d"interaction électrique entre la boule et la règle :
On applique la loi de Coulomb :
221dqqkF e 2299
9)10.5,6(10.11010.6010.99,8---´=
eF= 1,4.10-2 N5- La valeur de la force d"interaction électrique entre la boule du pendule et la Terre est nulle,
car la Terre est globalement neutre.6- Valeur de la force d"interaction gravitationnelle :
Ne pas oublier de convertir les
kilomètres en mètresLes deux forces ont la même valeur
MPF/ PMF/ qA et qB : charges électriques en coulomb (C)AB : distance entre les deux charges en m
F : force en Newton (N)
K : constante de Coulomb
3On applique la loi de Newton : 2
TTpendule
gRMmGF AN : 2624311)10.38,6(10.97,510.20010.67,6
gF= 1,96 N
2ème méthode :
La force de gravitation que subit le pendule à la surface de la Terre est tout simplement son poids :On en déduit donc que
=´=´==-81,910.2003gmPFg1,96 N7- Comparaison des forces électrique et de gravitation :
La force de gravitation est plus importante que la force d"interaction électrique.Cependant à la position d"équilibre, la force d"attraction gravitationnelle qui s"exerce sur la
boule est compensée par le fil qui tient la boule du pendule (ce qui explique que la boule ne tombe pas). Le système est pseudo isolé et en vertu du principe d"inertie il reste immobile.Lorsque l"on approche la règle électrisée de la boule du pendule, celui-ci va subir une force
d"attraction électrique qui vient s"ajouter au système. La position d"équilibre est donc rompue et
la boule est attirée par la règle. Cependant lorsque la position d"équilibre est rompue, la tension du fil ne compense plus laforce d"attraction gravitationnelle. Et à partir d"un certain angle de déviation, la force de
gravitation prend le dessus sur la force exercée par la fil et la force électrique. Le pendule retombe donc vers sa position d"équilibre.Exercice 4Exercice 4Exercice 4Exercice 4 :::: Ces interactions qui gouvernent le mondeCes interactions qui gouvernent le mondeCes interactions qui gouvernent le mondeCes interactions qui gouvernent le monde
(Voir cours)