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Première-Physique-chap 1 :
Les interactions fondamentales

Rappel : Les particules élémentaires :

• Citez le nom des trois particules élémentaires :



• Peut-on rassembler deux d'entre elles sous un même nom ?
  



• Quelle est la masse de chacune d'entre elles ?
  



• Quelle est la charge de chacune d'entre elles ?
  

Rappel : Les caractéristiques du noyau :

• Où sont situées les particules élémentaires citées précédemment à l'intérieur de l'atome ?



• Par quels nombres caractérise-t-on un atome ?
  



• Donnez les ordres de grandeurs de la dimension d'un atome et de la dimension de son noyau :
  



• D'après les masses des particules élémentaires, où est située la majorité de la masse de l'atome ?
  

1^ère interaction fondamentale : l'intéraction gravitationnelle (loi de Newton) :

Deux corps sphériques et homogènes A (masse m₁) et B (masse m₂) dont les centres O₁ et O₂ sont distants de d exercent l’un sur l’autre des forces attractives de même droite support (O₁O₂) et de même valeur.

• Donnez l'expression littérale de la formule permettant de calculer la valeur de ces forces (F_A/B = F_B/A) :





• Faites un schéma représentant les deux corps en attraction et les forces gravitationnelles qui s'exercent sur eux :





• Application numérique : quelle est la valeur de la force de gravitation qui s’exerce entre la terre et la lune ? On donne : M_T = 5.97*10²⁴ kg ; M_L = 7.53*10²² kg et d = 3.84*10⁵ Km.

2^ème interaction fondamentale : l'interaction électromagnétique :

Les phénomènes d'électrisation :

• Que se passe-t-il lorsque l'on frotte une tige de verre avec un morceau de laine :
  



• Décrivez les cas d'attraction ou de répulsion qui se produisent lorsque l'on approche deux charges électriques l'une de l'autre :
  



• Lorsque l'on approche une règle en plastique frottée (avec de la laine par exemple) près d'un petit morceau de papier, on constate que la règle attire le papier. On parle alors de phénomène de polarisation : Pouvez-vous expliquer celui-ci ?
  



• Charge électrique d'un objet :
  Quand peut-on dire qu'un objet est électriquement chargé ?
  Comment note-t-on cette charge, quelle est son unité, et quelle condition présente-t-elle ?
  

La loi de Coulomb :

• Cette loi ressemble beaucoup à la loi de Newton de la gravitation. Essayez d'écrire la loi :
  





• Plusieurs cas donc plusieurs schémas des forces sur les charges peuvent se présentaient selon le signe de ces charges. Répertoriez et dessinez les différents cas :
  

La conduction de l'électricité :

• Il existe deux comportements différents des corps vis à vis de l'électricté, quels sont-ils ?
  



• Comment peut-on expliquer ses différents comportements ?
  



• Dans un liquide, le courant électrique peut-il circuler ? Si oui, qui permet cela ? Comment appelle-t-on ces liquides ?
  

3^ème interaction fondamentale : l'interaction forte :

• Justifiez son existence en considérant deux protons d'un noyau atomique et en répertoriant les interactions qui s'exercent entre eux :
  





• Donnez les caractéristiques de l'interaction forte :
  

La cohésion de la matière :

Cohésion à l'échelle atomique et humaine :

• Laquelle des interactions fondamentales est responsable de cette cohésion ?
  



• Citez quelques exemples concrets de cohésion où cette interaction intervient :
  

Cohésion à l'échelle astronomique :

• Laquelle des interactions fondamentales est responsable de cette cohésion ?
  

Cohésion à l'échelle nucléaire :

• Laquelle des interactions fondamentales est responsable de cette cohésion ?
  

Remarque :

Il existe une 4^ème intéraction fondamentale dont on ne parle pas ici :

Il s'agit de l'interaction faible, elle s'exerce, comme l'interaction forte, au niveau du noyau des atomes et est de très faible intensité.
Cette interaction concerne tout ce qu'on appelle les particules de matière : quarks, baryons (composés de quarks), mésons (composés de quarks, antiquarks et gluons), leptons (électron, positron, neutrino, muon ...).
Ce monde de particules est bien compliqué ... vous pouvez néanmoins en savoir un peu plus avec cette affiche.

Une manifestation courante de cette interaction est la radioactivité bêta.