Cours - PhyZik
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Chapitre 13 Champs et forces DI – Halte au gel I – Qu’est-ce qu’un champ ? 1) Définition Un champ est une grandeur physique (ex : température, pression, vitesse…) associée à chaque point de l’espace considéré. 2) Comment caractériser un champ ? Si la grandeur physique est complètement décrite par sa valeur (ex : température) dite scalaire, alors le champ est scalaire. Dans d’autres cas, la grandeur physique doit être précisée en direction et en sens. Elle est donc définie par un vecteur (ex : vitesse). C’est un champ vectoriel. Rq : Un vecteur ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐴𝐵 est caractérisé par : Sa direction, la droite 𝐴𝐵 ; Son sens de 𝐴 vers 𝐵 ; Sa norme la longueur du segment 𝐴𝐵. Lignes de champ : C’est la ligne tangente en chacun des points du vecteur champ. Elle peut être orientée par une flèche dans le même sens que celle du vecteur champ associé. Champ uniforme : C’est le cas où la grandeur physique associée (scalaire ou vectorielle) est constante en tout point de l’espace considéré. II – Champ magnétique Acti – Champ magnétique 1) Définition Un champ magnétique est issu de courants électriques (comme un électron en orbite autour du noyau). ⃗ et s’exprime en Tesla T. Il est noté 𝐵 ⃗ 𝑡𝑒𝑟𝑟𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒 = 5. 10−5 𝑇, 𝐵 ⃗ 𝑎𝑖𝑚𝑎𝑛𝑡 𝑑𝑟𝑜𝑖𝑡 = 10−2 𝑇 et 𝐵 ⃗ é𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜 𝑎𝑖𝑚𝑎𝑛𝑡 = 10𝑇 Ex : 𝐵 2) Caractérisation Ce champ vectoriel peut être décrit à l’aide d’une boussole qui donne sa direction et son sens. S ⃗ N 𝐵 Son intensité est donnée à l’aide d’un teslamètre. III – Champ électrostatique Acti – Champ électrostatique 1) Définition Entre deux objets ou particules chargés différemment, un champ électrostatique est créé. Il est noté 𝐸⃗ et s’exprime en Volts par mètres V.m-1. Ex : 𝐸⃗𝑑𝑖𝑠𝑟𝑢𝑝𝑡𝑖𝑓 𝑑𝑒 𝑙′𝑎𝑖𝑟 = 3600 𝑘𝑉. 𝑚−1 2) Caractérisation Ce champ vectoriel peut être identifié à proximité d’une particule électrisée. Celle-ci est soit attirée, soit repoussée. Le champ électrostatique 𝐸⃗ crée donc une force électrostatique 𝐹 sur cette particule. Le sens de 𝐹 dépend du signe de la charge 𝑞 de la particule. 𝐹 𝐸⃗ = 𝑞 Exemples : Lignes de champ électrostatique (à l’aide de la machine de Whimshurst pour avoir une différence de potentiel élevée) Entre deux plaques chargées Entre un fil et un anneau IV – Champ de pesanteur 1) Etude du champ de gravitation 𝑚 .𝑚 Rappel : Deux objets massiques A et B exercent l’un sur l’autre une force gravitationnelle : 𝐹 = 𝐺. 𝐴𝑑2 𝐵 Objet Terre 𝐹𝑇𝑒𝑟𝑟𝑒⁄ 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡 Le champ de gravitation 𝒢 est tel que : 𝒢 = Au niveau du sol : 𝒢 = 𝐺. 𝐹 𝑚𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡 donc 𝒢 = 𝐺. = 𝐺. 𝑀𝑇𝑒𝑟𝑟𝑒 . 𝑚𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡 𝑑2 𝑀𝑇𝑒𝑟𝑟𝑒 𝑑2 𝑀𝑇𝑒𝑟𝑟𝑒 𝑅𝑇 2 Ce champ gravitationnel est vectoriel et toutes les lignes de champ sont orientées vers le centre de l’objet qui est à l’origine de ce champ. 2) Champ de pesanteur Le poids d’un objet noté 𝑃⃗ correspond à l’action mécanique provoquée par ce champ de pesanteur. 𝑃⃗ = 𝑚𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡 . 𝑔 Le poids peut être assimilé à la force gravitationnelle en première approximation : 𝑃⃗ = 𝐹 (mais du fait de la rotation de la Terre, il y a un petit décalage du à une contribution dite « centrifuge ») Donc : 𝒢=𝑚 𝐹 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡 =𝑚 𝑃⃗ 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡 =𝑔 Pour la Terre et au niveau du sol : 𝑔 = 𝒢 = 𝐺. 5,98.1024 𝑀𝑇𝑒𝑟𝑟𝑒 𝑅𝑇 2 = 6,67. 10−11 . (6375.103 )2 = 9,81 𝑚. 𝑠 −2 Le champ de pesanteur local 𝑔 est uniforme et vectoriel orienté vers le centre de la Terre. Acti – Mesure du champ de pesanteur Exemples de champs : Nom du champ Température Vitesse Pression Pluviosité ou précipitation Pesanteur Concentration molaire d’un polluant donné dans l’atmosphère Électrique Altitude Magnétique Masse volumique Potentiel électrique Nature du champ : scalaire ou vectoriel Scalaire Vectoriel Scalaire Scalaire Vectoriel Scalaire Vectoriel Scalaire Vectoriel Scalaire scalaire
