Interactions, forces et champs
Commentaire d'oeuvre : Interactions, forces et champs. Recherche parmi 300 000+ dissertationsPar louis45160 • 3 Décembre 2020 • Commentaire d'oeuvre • 1 139 Mots (5 Pages) • 597 Vues
Thème 2 – Mouvements et interactions Première Chapitre 10 – Interactions, forces et champs
Chapitre 10 : Interactions, forces et champs
Remémoration
Question \\ J’y réponds : | Tout seul (Bleu) | En groupe(Noir) | En classe (Vert) |
Comment s’appelle le phénomène qui fait que deux objets massiques s’attirent ? |
Objectifs du cours:
Connaissances | Savoirs faire |
Charge électrique, interaction électrostatique, influence électrostatique. Loi de Coulomb. Force de gravitation et champ de gravitation. Force électrostatique et champ électrostatique. | Interpréter des expériences mettant en jeu l’interaction électrostatique. Utiliser la loi de Coulomb. Citer les analogies entre la loi de Coulomb et la loi d’interaction gravitationnelle. Utiliser les expressions vectorielles : - de la force de gravitation et du champ de gravitation ; - de la force électrostatique et du champ électrostatique. Caractériser localement une ligne de champ électrostatique ou de champ de gravitation. |
Cours – Partie 1 – Les deux interactions fondamentales
Dans le monde physique, il existe à l’échelle macroscopique (notre échelle) deux grandes interactions entre particules et objets. Deux autres interactions sont importants à l’échelle du noyau mais ce n’est pas l’objet de ce cours. Ces deux interactions sont comparables, c’est pourquoi on va les comparer !
Expérience : Je lâche un objet.[pic 1] Observation : Interprétation : | Expérience : Je frotte un objet pour générer de l’électricité statique. Je l’approche d’autres objets sensibles à l’électricité statique.[pic 2][pic 3] Observation : Interprétation : |
Grandeur qui influence l’action mécanique : la masse m (en kg) | Grandeur qui influence l’action mécanique : la charge q (en C) |
Loi de Newton : Soient deux objets de masses mA et mB distants d’une distance d, ils s’attirent mutuellement, et la force d’attraction est appelée force de gravitation et s’exprime : | Loi de Coulomb : Soient deux objets de charges qA et qB distants d’une distance d, ils s’attirent mutuellement s’ils sont de charge opposée, se repoussent mutuellement s’ils sont de même charge, et la force d’attraction ou de répulsion est appelée force électrostatique et s’exprime : |
Avec G = 6,67.10-11 ______________, la constante de gravitation universelle. | Avec k = 9.109 ______________, la constante de Coulomb. |
Activité
Dessiner les forces sous forme vectorielle et calculer les valeurs des forces suivantes :
- L’interaction gravitationnelle entre la Terre (masse 6.1024 kg) et un objet de 1kg à son voisinage (R = 6 400 km). Commenter la valeur obtenue.
- Les interactions gravitationnelles et électrostatiques entre un électron (m = 9.10-31 kg ; q = -1,6.10-19 C) et un proton (m = 1,67.10-27 kg ; q = 1,6.10-19 C), situés dans le même atome (d = 10-10 m). Commenter les valeurs obtenues.
Cours – Partie 2 – La notion de champ
Définition : on appelle champ une grandeur physique associée à chaque point (et tous) d'un espace considéré. Définition : on appelle cartographier un champ le fait de déterminer les caractéristiques de ce champ en plusieurs points et à en donner une représentation. Définition : on appelle un champ scalaire quand la grandeur physique peut se représenter par un nombre (qui a une unité). Définition : on appelle un champ vectoriel quand la grandeur physique peut se représenter par un vecteur. |
A l'aide des définitions précédentes, ainsi que des vidéos visionnées, répondre aux questions suivantes :
Différents champs :
- Lors d'un bulletin météo, quelles peuvent être les grandeurs physiques cartographiées ?
- Classer ces grandeurs dans deux catégories : champs scalaires et champs vectoriels
Champs scalaires | |
Champs vectoriels |
Champs scalaires et lignes équichamp ou isochamp :
- Sur la carte des pressions, on distingue des lignes fermées. A quoi correspondent-elles ?
- Comment sont représentées ces lignes sur une carte des températures ?
COURS : On appelle lignes « équichamp » ou « isochamp » (équipotentielle, isobare (pour la pression), isotherme, etc.) les lignes fermées sur lesquelles la valeur du champ est identique. |
Champs vectoriels :
- Sous quelle forme est représentée la vitesse du vent sur une carte météo ? Est-ce cohérent avec la notion de champs vectoriel ?
On peut simplifier la représentation d'un champ vectoriel. Pour cela on définit la notion de ligne de champ.
Définition : une ligne de champ vectoriel est une ligne tangente en chacun de ses points au vecteur champ. Elle est orientée par une flèche dans le même sens que celui du champ.[pic 4] |
- Tracer trois lignes de champs sur le champ
des vitesses du vent cartographié ci-contre.
Cours – Partie 3 – Champ E, champ g
Soit une particule de masse m passant à proximité d’une distribution de masse telle qu’elle est représentée : [pic 5] [pic 6] [pic 7] | Soit une particule de charge + q (prise de charge positive par convention) passant à proximité d’une distribution de charges telle qu’elle est représentée :[pic 8][pic 9][pic 10] |
La force qui s’applique sur la particule vaut : | La force qui s’applique sur la particule vaut : |
Le champ vectoriel est une propriété de l’espace qui ne dépend pas de la particule en question (qu’il y ait ou pas une particule, la possibilité d’attraction existe). On définit donc ... | |
Le champ de gravitation en tout point : | Le champ électrostatique en tout point : |
On peut donc tracer des lignes de champ (le cartographier) pour chaque distribution précédente. Attention, elles sont orientées. |
Activité
Exprimer le champ électrostatique (vectoriel) en un point de la distribution suivante. Représenter les lignes de champ.[pic 11]
Remarque
Certaines distributions de charges génèrent des champs complexes à calculer. D’autres distributions génèrent des champs particulièrement intéressantes (c’est le cas notamment du condensateur plan, voir TP.)
...