Interactions fondamentales
I. La matière à différentes échelles
1. Ordre de grandeur
Définition:
L'ordre de grandeur d'une valeur est la puissance de dix
la plus proche de cette valeur.
Exemples:
Soit le nombre
1,52×
10
4
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiaaigdacaGGSaGaaGynaiaaikdacqGHxdaTcaaIXaGaaGimamaaCaaaleqabaGaaGinaaaaaaa@3F8F@
.
Son ordre de grandeur est
10
4
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiaaigdacaaIWaWaaWbaaSqabeaacaaI0aaaaaaa@3A92@
.
Soit le nombre
8,2×
10
4
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiaaiIdacaGGSaGaaGOmaiabgEna0kaaigdacaaIWaWaaWbaaSqabeaacaaI0aaaaaaa@3ED7@
.
Son ordre de grandeur est
10
5
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiaaigdacaaIWaWaaWbaaSqabeaacaaI1aaaaaaa@3A93@
.
Soit le nombre
1,52×
10
−3
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiaaigdacaGGSaGaaGynaiaaikdacqGHxdaTcaaIXaGaaGimamaaCaaaleqabaGaeyOeI0IaaG4maaaaaaa@407B@
.
Son ordre de grandeur est
10
−3
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiaaigdacaaIWaWaaWbaaSqabeaacqGHsislcaaIZaaaaaaa@3B7E@
.
Soit le nombre
8,2×
10
−3
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiaaiIdacaGGSaGaaGOmaiabgEna0kaaigdacaaIWaWaaWbaaSqabeaacqGHsislcaaIZaaaaaaa@3FC3@
.
Son ordre de grandeur est
10
−2
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiaaigdacaaIWaWaaWbaaSqabeaacqGHsislcaaIYaaaaaaa@3B7D@
.
2. Echelle des ordres de grandeurs des édifices de
l‘Univers
II Les constituants de la matière
1. Particules élémentaires
Définition: On appelle particule élémentaire toute
particule indivisible (cette notion est évidemment liée à l'état des
connaissances actuelles).
Les protons, les neutrons et les électrons sont des
particules élémentaires.
Charge élémentaire: La charge élémentaire est la
plus petite charge électrique susceptible d’exister de façon stable. Sa valeur
est
e=1,60×
10
−19
C
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaaiaadwgacqGH9aqpcaaIXaGaaiilaiaaiAdacaaIWaGaey41aqRaaGymaiaaicdadaahaaWcbeqaaiabgkHiTiaaigdacaaI5aaaaOGaam4qaaaa@43FD@
.
Remarque: Toute charge électrique q est égale à un
multiple de la charge élémentaire.
q=n×e
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaabauaaaOqaamaaL4babaGaamyCaiabg2da9iaad6gacqGHxdaTcaWGLbaaaaaa@3E69@
avec n entier
2. Particules constituant l’atome
L'atome
est constitué à partir de 3 particules élémentaires: le proton, le neutron
et l'électron.
Autour du noyau formé de neutrons et de protons, les
électrons sont en mouvement rapide.
|
Caractéristiques
des particules élémentaires dans l'atome
|
|
Proton
|
mp =
1,673x10-27kg
|
q = +e
|
r = 1,2x10-15m
|
|
Neutron
|
mn =
1,675x10-27kg
|
q = 0
|
r = 1,2x10-15m
|
|
Électron
|
me =
9,109x10-31kg
|
q = -e
|
|
Les ordres de grandeur des masses des particules
élémentaires sont:
10-27kg
pour un nucléon.
10-30kg
pour un électron.
Le noyau d’un atome est représenté symboliquement par la
notation :
Z
A
X avec {
X: symbole de l'élément chimique
Z: numéro atomique (représente le nombre de protons)
A: nombre de masse (représente le nombre de nucléons)
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=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@BD85@
Remarque : L’atome est une entité
électriquement neutre. Le nuage électronique est donc chargé négativement et
compte autant d’électrons qu’il y a de protons dans le noyau.
La charge du noyau est
q
N
=+Z×e
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGXbWaaSbaaSqaaiaad6eaaeqaaOGaeyypa0Jaey4kaSIaamOwaiabgEna0kaadwgaaaa@406C@
.
La charge portée par les électrons est
q
e
=−Z×e
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGXbWaaSbaaSqaaiaadwgaaeqaaOGaeyypa0JaeyOeI0IaamOwaiabgEna0kaadwgaaaa@408E@
.
Exemple : Soit l’atome de carbone dont le
noyau est noté
6
14
C
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaaMc8+aa0baaSqaaiaaiAdaaeaacaaIXaGaaGinaaaakiaadoeaaaa@3D68@
.
|
Ions sodium et ions chlorure dans le cristal de chlorure
de sodium
|
Le noyau de cet atome est composé de 6 protons
et 8 neutrons. Sa charge électrique est
q
N
=+6×e=9,60×
10
−19
C
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGXbWaaSbaaSqaaiaad6eaaeqaaOGaeyypa0Jaey4kaSIaaGOnaiabgEna0kaadwgacqGH9aqpcaaI5aGaaiilaiaaiAdacaaIWaGaey41aqRaaGymaiaaicdadaahaaWcbeqaaiabgkHiTiaaigdacaaI5aaaaOGaam4qaaaa@4B36@
.
Le nuage électronique est composé de 6
électrons. Sa charge est
q
e
=−6×e=−9,60×
10
−19
C
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGXbWaaSbaaSqaaiaadwgaaeqaaOGaeyypa0JaeyOeI0IaaGOnaiabgEna0kaadwgacqGH9aqpcqGHsislcaaI5aGaaiilaiaaiAdacaaIWaGaey41aqRaaGymaiaaicdadaahaaWcbeqaaiabgkHiTiaaigdacaaI5aaaaOGaam4qaaaa@4C45@
.
L’atome est neutre. Sa charge est
q=+6×e−6×e=0
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGXbGaeyypa0Jaey4kaSIaaGOnaiabgEna0kaadwgacqGHsislcaaI2aGaey41aqRaamyzaiabg2da9iaaicdaaaa@45B2@
.
3. Ions
Un ion est un atome qui a perdu ou gagné des électrons.
Définition: Un cation
est un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons.
Exemple: L’atome de cuivre peut donner un ion
cuivre (II):
Cu→C
u
2+
+2
e
−
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGdbGaamyDaiabgkziUkaadoeacaWG1bWaaWbaaSqabeaacaaIYaGaey4kaScaaOGaey4kaSIaaGOmaiaadwgadaahaaWcbeqaaiabgkHiTaaaaaa@438D@
.
L’ion cuivre (II) est un cation. Sa charge est
q=+2×e=3,20×
10
−19
C
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGXbGaeyypa0Jaey4kaSIaaGOmaiabgEna0kaadwgacqGH9aqpcaaIZaGaaiilaiaaikdacaaIWaGaey41aqRaaGymaiaaicdadaahaaWcbeqaaiabgkHiTiaaigdacaaI5aaaaOGaam4qaaaa@4A1F@
.
Définition: Un anion
est un atome qui a gagné un ou plusieurs électrons.
Exemple: L’atome de chlore peut donner un ion
chlorure:
Cl+
e
−
→C
l
−
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGdbGaamiBaiabgUcaRiaadwgadaahaaWcbeqaaiabgkHiTaaakiabgkziUkaadoeacaWGSbWaaWbaaSqabeaacqGHsislaaaaaa@420D@
.
L’ion chlorure est un anion. Sa charge est
q=−e=−1,60×
10
−19
C
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefm0B1jxALjhiov2DaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaebbnrfifHhDYfgasaacH8qrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaaiaacaGaaeqabaWaaqaafaaakeaacaWGXbGaeyypa0JaeyOeI0Iaamyzaiabg2da9iabgkHiTiaaigdacaGGSaGaaGOnaiaaicdacqGHxdaTcaaIXaGaaGimamaaCaaaleqabaGaeyOeI0IaaGymaiaaiMdaaaGccaWGdbaaaa@4846@
.
|
Molécule de (E)-but-2-ène
|
4. Molécules
Une molécule regroupe plusieurs atomes. Elle est donc
constituée de protons, de neutrons (le plus souvent) et d’électrons.
III. Interactions fondamentales
Il existe une interaction entre
deux systèmes A et B si le système A exerce une force sur le système B et si le
système B exerce une force sur le système A.
Tous les phénomènes physiques observés dans l’Univers
peuvent être expliqués grâce à quatre
interactions fondamentales.
1. L’interaction gravitationnelle
L’interaction gravitationnelle s’exerce entre les masses.
Loi de l’attraction gravitationnelle de Newton
Deux corps A et B, de masses respectives
m
A
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=wiVfYdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaWaaqaaaOqaaiaad2gadaWgaaWcbaGaamyqaaqabaaaaa@322B@
et
m
B
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=wiVfYdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaWaaqaaaOqaaiaad2gadaWgaaWcbaGaamOqaaqabaaaaa@322C@
,
à répartition sphérique de masse (en abrégé RSDM), sont soumis à des forces
d’attraction
F
A/B
→
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=wiVfYdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaWaaqaaaOqaamaaFiaabaGaamOramaaBaaaleaacaWGbbGaai4laiaadkeaaeqaaaGccaGLxdcaaaa@353B@
et
F
B/A
→
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=wiVfYdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaWaaqaaaOqaamaaFiaabaGaamOramaaBaaaleaacaWGcbGaai4laiaadgeaaeqaaaGccaGLxdcaaaa@353B@
:
de direction parallèle à la droite (AB).
de sens de B vers A pour
F
A/B
→
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=wiVfYdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaWaaqaaaOqaamaaFiaabaGaamOramaaBaaaleaacaWGbbGaai4laiaadkeaaeqaaaGccaGLxdcaaaa@353B@
et de A vers B pour
F
B/A
→
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=wiVfYdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaWaaqaaaOqaamaaFiaabaGaamOramaaBaaaleaacaWGcbGaai4laiaadgeaaeqaaaGccaGLxdcaaaa@353B@
de valeur:
F
A/B
=
F
B/A
=G
m
A
×
m
B
d
2
avec {
F
A/B
=
F
B/A
: forces d'attractions existant entre les corps A et B (en N)
d: distance séparant les centres des corps A et B (en m)
G: constante de gravitation universelle (G=6,67×
10
-11
N.
m
2
.k
g
−2
)
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=wiVfYdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=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@EBFB@
Bien qu’elle diminue avec la distance, la portée de
l'interaction gravitationnelle est infinie.
2. L’interaction électromagnétique
L’interaction électromagnétique s’exerce entre des corps
possédant une charge électrique. Cette interaction est à la fois de nature
électrique et magnétique. Lorsque les charges sont immobiles, on parle d’interaction
électrostatique.
Loi de Coulomb
Deux corps A et B, de charges respectives
q
A
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=wiVfYdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaWaaqaaaOqaaiaadghadaWgaaWcbaGaamyqaaqabaaaaa@322F@
et
q
B
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=wiVfYdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaWaaqaaaOqaaiaadghadaWgaaWcbaGaamOqaaqabaaaaa@3230@
,
sont soumis à des forces
F
A/B
→
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=wiVfYdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaWaaqaaaOqaamaaFiaabaGaamOramaaBaaaleaacaWGbbGaai4laiaadkeaaeqaaaGccaGLxdcaaaa@353B@
et
F
B/A
→
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=wiVfYdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaWaaqaaaOqaamaaFiaabaGaamOramaaBaaaleaacaWGcbGaai4laiaadgeaaeqaaaGccaGLxdcaaaa@353B@
:
de direction parallèle à la droite (AB).
dont le sens dépend du signe des charges.
de valeur:
F
A/B
=
F
B/A
=k
|
q
A
|×|
q
B
|
d
2
avec {
F
A/B
=
F
B/A
: forces existant entre les corps A et B (en N)
d: distance séparant les centres des corps A et B (en m)
k=9,0×
10
9
N
.m
2
.C
-2
(valeur valable dans le vide et dans l'air)
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=wiVfYdh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=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@E4F5@
Ces forces sont:
attractives si les charges sont de signes
contraires.
répulsives si les charges sont de même signe.
Bien qu’elle diminue avec la distance, la portée de
l'interaction électromagnétique est infinie.
3. L’interaction forte et l’interaction faible
L'interaction forte permet d'expliquer la cohésion du
noyau atomique. Elle compense en effet la répulsion électrique entre protons et
lie les protons et les neutrons entre eux.
La portée de l'interaction forte ne dépasse pas les
dimensions du noyau, soit environ
10
−15
m
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaWaaqaaaOqaaiaaigdacaaIWaWaaWbaaSqabeaacqGHsislcaaIXaGaaGynaaaakiaaykW7caWGTbaaaa@3707@
.
L'interaction faible, beaucoup moins intense que
l'interaction forte, est responsable de certaines désintégrations radioactives
(émission de particules par des noyaux).
La portée de l'interaction faible est de l'ordre de
quelques centièmes de la taille d'un nucléon, soit environ
10
−17
m
MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbwvMCKfMBHbqedmvETj2BSbqefeKCPfgBaebbnrfifHhDYfgasaacH8WjY=vipgYlh9vqqj=hEeeu0xXdbba9frFj0=OqFfea0dXdd9vqaq=JfrVkFHe9pgea0dXdar=Jb9hs0dXdbPYxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabaGaaiaacaqabeaadaWaaqaaaOqaaiaaigdacaaIWaWaaWbaaSqabeaacqGHsislcaaIXaGaaG4naaaakiaaykW7caWGTbaaaa@3709@
.
IV. Domaines de prédominance des interactions
Dans le noyau, les interactions forte et faible sont
prédominantes.
L'interaction gravitationnelle est prédominante pour les
édifices de taille astronomique (planètes, étoiles, etc.) car ceux-ci ne sont
pas chargés,
Pour des édifices de tailles intermédiaires (de l'atome à
la planète), il n'est pas possible de négliger a priori l'interaction
électromagnétique par rapport à l'interaction gravitationnelle, de sorte que
les deux interactions doivent en général être prises en compte.
Impression
