Interactions fondamentales et champs

1ère SPÉ 1/3

Chap 6 – Interactions fondamentales et champs

On appelle interactions fondamentales les interactions qui permettent d’expliquer les phénomènes physiques, biologiques et chimiques observables dans l’Univers. Elles sont au nombre de 4, nous n’étudierons que 2 d’entre elles.

I – Interaction électrostatique

https://www.youtube.com/watch?v=nLpBmNtge9E&list=PLG31ANnMDSwVPbzJRkAgrgdkBCHDHEVXb

1. Charge élémentaire

La matière est électriquement neutre. Cependant, elle est constituée de particules élémentaires dont certaines sont électriquement chargées.

Particule élémentaire Masse (en kg) Charge électrique (C)

Electron 10-30 kg - e

Proton 10-27 kg + e

Neutron 10-27 kg 0

Remarque : l’électron est une véritable particule élémentaire mais depuis, il a été découvert que les protons et les neutrons sont eux-mêmes composés de quarks (années 1960).

Définition : on appelle charge élémentaire notée e la plus petite charge pouvant être portée par une particule. Toute charge électrique q portée par une particule est donc un multiple de e avec e = 1,6.10-19 C.

2. Electrisation

Electriser un objet consiste à lui apporter ou à lui arracher des électrons par frottement ou par contact.

Un objet chargé provoque alors à distance un déplacement des charges à la surface d’un autre objet placé à proximité : c’est l’électrisation par influence.

3. Force électrostatique : loi de Coulomb

Deux corps A et B possédant une charge électrique s’attirent ou se repoussent de manière réciproque. C’est ce qu’on appelle l’interaction électrostatique qui est modélisée par des forces telles que :

où qA et qB sont les charges électriques portées par les corps A et B en Coulomb,

d la distance qui les sépare en m,

k constante de Coulomb = 9,0.109 N.m2.C-2,

uAB, vecteur unitaire de direction (AB) et orienté de A vers B.

Les caractéristiques de ces forces sont :

- origine A pour FB/A ou B pour FA/B

- direction : celle du vecteur unitaire, c’est-à-dire la droite (AB)

- sens : dépend du signe des charges (2 charges de signe opposé s’attirent, 2 charges de même signe se repoussent) - norme (longueur) proportionnelle à la valeur de la force : FA/B = FB/A = k  qA  qB / d2

4. Analogie avec la force gravitationnelle (rappels de 2de)

Deux corps A et B possédant une masse s’attirent de manière réciproque. C’est ce que l’on appelle l’interaction gravitationnelle qui est modélisée par des forces telles que :

où mA et mB sont les masses des corps A et B en kg,

d la distance qui les sépare en m,

G constante de la gravitation = 6,67.10-11 N.m2.kg-2,

uAB, vecteur unitaire de direction (AB) et orienté de A vers B.

1ère SPÉ 2/3

Les caractéristiques de ces forces sont :

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