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  • Publié le : 23 décembre 2010
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Les différentes interactions
Observons un ballon en mouvement : on constate une déviation de sa trajectoire lorsqu’il rencontre un obstacle et il est naturel de dire que cette déviation est due à l’action de l’obstacle sur le ballon. Cette action exercée par un corps sur un autre est encore appelée « force » ou « interaction » et on la modélise par un vecteur c’est-à-dire par une grandeurpossédant une direction, un sens et une valeur (ou norme du vecteur). Il existe plusieurs types d’interactions possibles entre deux corps. Certaines sont appelées interactions fondamentales car elles s’exercent même entre des corps extrêmement petits tels que des particules élémentaires (protons, neutrons ou électrons par exemple). Comme interaction fondamentale, nous étudierons l’interactiongravitationnelle, l’interaction électrostatique et l’interaction forte. Nous étudierons également des forces macroscopiques s’exerçant sur un solide. Le terme « macroscopique » qualifie des forces s’exerçant sur des objets à notre échelle (qu’on peut voir à l’œil nu) et qui contiennent donc un nombre extrêmement grand de particules. C’est ainsi par exemple que lorsqu’un ballon en mouvement rencontre unpoteau, la force exercée par le poteau sur le ballon est une force macroscopique s’exerçant sur le ballon. Même si l’on est convaincu que cette force résulte d’un très grand nombre d’interactions entre les atomes du ballon et ceux du poteau, on sait bien qu’il serait impossible de détailler chacune de ces interactions et l’on parle globalement de la force exercée par le poteau sur le ballon. De même,lorsqu’on parle de l’action gravitationnelle exercée par le Soleil sur la Terre, on ne cherche pas à détailler chaque interaction entre une particule du Soleil et une particule de la Terre ! L’interaction gravitationnelle est ainsi une interaction fondamentale puisqu’elle peut s’exercer entre deux particules élémentaires, mais elle doit être considérée comme une force « macroscopique » lorsqu’onconsidère la force de gravitation s’exerçant entre deux objets comprenant un très grand nombre de particules.

Séquence 1 – SP12

9

©  Cned  –  Académie  en  ligne

Interactions fondamentales
A Les particules élémentaires
La matière est constituée d’atomes, chaque atome contient un noyau autour duquel se trouve le nuage d’électrons. Les particules du noyau sont appelées nucléons, il enexiste deux sortes : les protons chargés positivement et les neutrons qui ne portent pas de charge électrique. La masse d’un proton et la masse d’un neutron sont pratiquement égales. Les électrons se trouvent autour du noyau, chacun porte une charge négative qui compense exactement celle d’un proton. Comme dans un atome, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons du noyau (ce nombre estappelé nombre de charge), l’atome est globalement électriquement neutre. La masse d’un électron est beaucoup plus faible que celle d’un proton ou d’un neutron (environ deux mille fois plus faible).

Particules élémentaires
Nom Proton Neutron Electron Masse (en kg) 1 ,67 ⋅ 10 – 27 1 ,67 ⋅ 10 – 27 9 ,1 ⋅ 10 – 31 Charge (en C) + 1 ,6 ⋅ 10 – 19 0 – 1 ,6 ⋅ 10 – 19

Si le noyau d’un atome contient Zprotons et N neutrons, il y a Z électrons autour du noyau. Z est appelé nombre de charge ou numéro atomique. Le nombre total de nucléons est appelé nombre de masse, on le note M ou A. Un noyau X dont Z est le nombre de charge et A le nombre de masse s’écrit : ZX
A

Activité 1
À l’aide des valeurs numériques indiquées dans le tableau ci-dessus, calculer la masse et la charge électrique du noyaude lithium : 3Li ainsi que la charge et la masse de l’atome correspondant.
7

B

Interaction gravitationnelle
Lorsque deux particules, l’une de masse m et l’autre de masse m′, sont situées à une distance d l’une de l’autre, elles s’attirent par l’effet de la loi de gravitation universelle. Les deux forces gravitationnelles exercées par chacune des deux particules sur l’autre ont même...
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