1
Correction du devoir n°1 de physique Correction du devoir n°1 de physique Correction du devoir n°1 de physique Correction du devoir n°1 de physique
C A R Exercice 1
Exercice 1 Exercice 1
Exercice 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 :
6 6 , 1
6 , 9 10
. 6 , 1
10 . 6 , 9 10 . 6 , 9
19 19
19 = = =
= − −−
NP e
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 : 126
C
Exercice 2 Exercice 2 Exercice 2
Exercice 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 :
AB
2m m
F = G ×
A×
BG 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
P M
P M P
M d
M GM
F
−
= ×
Où MM et MP sont les masses respectives de Mars et Phobos, et dM-P la distance entre Mars et Phobos.
mA et mB : masses en kg AB : distance en m F : force en Newton
2 2-c) Calcul de la valeur de cette force :
(
6)
2 1516 23
11 5,4.10
10 . 4 , 9
10 . 1 , 1 10 . 5 , 10 6 . 67 ,
6 × =
= −
Fg N
3- Schéma :
Exercice 3 Exercice 3 Exercice 3
Exercice 3 :::: Le pendule électLe pendule électLe pendule électLe pendule électrostatiquerostatiquerostatique rostatique 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 :
AB
2q k q
F
A×
B=
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 :
2 2 1
d q k q
Fe ×
=
2 2
9 9
9
) 10 . 5 , 6 (
10 . 110 10
. 10 60 . 99 ,
8 −
−
− ×
e =
F = 1,4.10-2 N
5- 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 mètres
Les deux forces ont la même valeur M
F
P/P
F
M/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
3
On applique la loi de Newton : 2
T T pendule
g R
M Gm
F ×
=
AN : 6 2
24 3
11
) 10 . 38 , 6 (
10 . 97 , 5 10 . 10 200 . 67 ,
6 ×
= − −
Fg = 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 Fg =P=m×g =200.10−3×9,81=1,96 N 7- 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 la force 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 4 Exercice 4 Exercice 4
Exercice 4 :::: Ces interactions qui gouvernent le mondeCes interactions qui gouvernent le mondeCes interactions qui gouvernent le mondeCes interactions qui gouvernent le monde (Voir cours)
La règle en plastique exerce une interaction électrique qui attire la boule. L’équilibre est rompu et la boule est attiré par la règle.
La position d’équilibre rompue, la force exercée par le fil ne compense plus la force de gravitation. A partir d’un certain angle α
’inclinaison, la force de gravitation prend le dessus sur la force électrique et la forcé exercée par le fil et le pendule retombe vers sa position d’équilibre.
Position d’équilibre. Les forces d’interaction gravitationnelle (le poids) et la force exercée par le fil du pendule se compensent et le pendule est immobile.
α
