Les interactions fondamentales

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1 Les interactions fonamentales Ce ocument ne constitue pas le cours mais repren seulement quelques points importants à connaître. 1. L interaction gravitationnelle 1.1. Loi e Newton Deux objets e masse m1 et m2 exercent l un sur l autre es forces attractives ue à l interaction gravitationnelle. F O/A A La valeur e cette force est onnée par la formule O F = G m Om A 2 avec mo et ma les masses es objets A et O en kg. G la constante universelle e gravitation : G = 6, N.kg -2.m 2 la istance entre les centres e gravité es objets A et O, en m Propriétés : - Elle existe ès que eux objets ont une masse. - C est une force toujours attractive. - Elle a une faible valeur (car G ea une valeur très faible). - Elle a une portée infinie. NB : Cette loi fonctionne aussi si les objets sont à répartition e masse sphérique (soleil, Terre, lume, planètes ) 1.2. Pois un corps La pois est la force attraction e la terre sur un objet situé à sa surface : P = F T/Objet = G M T m R T 2 = m g 0 on tire g O = G M T R T 2 = 9.8 N.kg -1 Résumé e cours! 1! N. Revery, 2008.

2 2. L interaction électrostatique : mise en évience 2.1. La conuction électrique : rappels Métaux : es électrons libres circulent ans un réseau fixe constitué es noyaux chargés positivement. Seuls les électrons libres bougent. Solutions électrolytiques : ans une solution contenant es espèces ioniques (cations (+) et anions (-)), les ions peuvent se éplacer ans la solution. Isolants : un isolant ne contient pas 'électrons libres, aucune charge ne peut se éplacer Électrisation par frottement Lorsqu'on frotte eux objets, l un peut arracher es électrons à l autre. Il est alors chargé négativement et l autre est chargé positivement : les objets sont électrisés. - Si l'objets est un isolant, les charges ne peuvent pas bouger et restent sur l'objet : l'électrisation est possible. - Si l'objet est un conucteur, es électrons qu'il contient peuvent bouger : es électrons en provenance 'autres conucteurs au contact (corps humain, terre) se répartissent sur tout le conucteur : on n observe aucune charge globale, l'électrisation par frottement n'est pas possible. NB : La charge électrique totale un système isolé est constante. Qverre + Qlaine = Électrisation par influence 'un conucteur Dans un conucteur, les électrons libre sont mobiles et se éplacent ans un réseau constitué es noyaux es atomes, fixes. Les électrons sont répartis uniformément ans le cristal. Lorsqu'on approche une baguette chargée positivement vers un conucteur, les électrons sont attirés et laissent une zone chargée positivement. Ils se éplacent jusqu'à ce que l attraction par la zone chargée positivement compense l'attraction par la bagette Zone chargée négativement Zone chargée positivement Résumé e cours! 2! N. Revery, 2008.

3 Deux conucteurs sont au contact. On approche un baguette chargé (par frottement par exemple). Si on sépare ces conucteurs, celui e gauche gare les électrons et celui e roite en a peru : les conucteurs ont été chargé par influence + + Si on sépare le conucteur selon les pointillés (en prenant 2 conucteurs initialement au contact par exemple)... on obtient un morceau u conucteur chargé Polarisation 'un isolant Dans un isolant, les électrons ne sont pas libres, mais le nuage électrique e chaque atome peut se éformer : les électrons sont plus u côté e la baguette que e l'autre côté. On it que les atomes se polarisent. Pour chaque atome, les électrons sont plus proches e la baguette que les noyaux. La force 'attraction est plus grane que la force e répulsion : l'isolant est onc attiré par la baguette et s'y "colle" (ex : es morceaux e papiers ou es cheveux attirés par la baguette). + + Résumé e cours! 3! N. Revery, 2008.

4 3. La formule e Coulomb Deux charges électriques exercent l une sur l autre es forces origine électrostatique. F = k q 1 q 2 2 A B + + Charges e mêmes signes avec k constante e Coulomb : k = N.C -2.m 2. q1 et q2 les charges électriques es particules 1 et 2 en C. la istance qui sépare les particules en m Cette force n'existe que si les objets sont chargés électriquement. A + + B Charges e signes ifférents Propriétés : - C est une force attractive ou répulsive. - Elle a une portée infinie. - Elle a une forte valeur. 4. Analogies et ifférences entre force e Coulomb et force gravitationnelle Points communs Les eux forces sont : - Proportionnelles aux graneurs caractéristiques en interaction (charge ou masse) - Inversement proportionnelles à la istance qui sépare les points en interaction au carré. - leurs portées sont infinies Différences Force gravitationnelle Toujours attractive La masse a un effet cumulatif (plus l'objet est gros et plus la force est importante) Force e Coulomb Attractive ou répulsive Les effets se neutralisent à grane échelle (la matière macroscopique est électriquement) : elle n intervient pas à grane échelle Résumé e cours! 4! N. Revery, 2008.

5 5. La cohésion e la matière 5.1. À l échelle e l univers À l'échelle macroscopique, la matière est électriquement neutre. L interaction électrostatique n intervient onc pas :seule l interaction gravitationnelle persiste. A l échelle astronomique, l interaction gravitationnelle assure la cohésion e la matière 5.2. À l échelle es atomes Comparons la force e gravitation à la force e Coulomb ans le cas 'un atome hyrogène : Avec les valeurs : e= C = m mp= kg me= kg on obtient : Fg= N Fe= N Fe/Fg= !! L interaction électrostatique est fois plus importante que l interaction gravitationnelle. A l échelle microscopique es atomes, es molécules, c est l interaction électrostatique qui assure la cohésion e la matière 5.3. Interactions ans un noyau À l'intérieur 'un noyau, les forces e Coulomb sont colossales entre les protons et pourtant, les noyaux restent stable (jusqu'à l'uranium à peu près). Il existe onc une autre interaction responsable e la cohésion es noyaux : l'interaction forte, responsable e la structure e la matière au niveau nucléaire. Résumé e cours! 5! N. Revery, 2008.

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