Champs et forces

1° S – cours de physique - Comprendre
Chapitre XII : CHAMPS ET FORCES
I- Comment est apparue la notion de champ ?
Activité p 203
II- Notion de champ
Un champ est un ensemble de grandeurs physiques identiques associés à chaque point de l'espace.
Exemples : champ de température, de pression, champ de vitesse du vent ...
Si la grandeur est représentée par un nombre, le champ est scalaire. Si elle est représentée par un vecteur, le champ
est vectoriel.
Exemples : le champ de températures est un champ scalaire alors que le champ de la vitesse du vent est vectoriel
(doc 2 p 202).
II- Champs magnétique et électrostatique
1. Champ magnétique
Les champs magnétiques sont produits par des charges en mouvement. Les aimants et les courants électriques sont
des sources de champ magnétique. Une aiguille aimantée permet de détecter la présence d'un champ magnétique :
sous l'action de ce champ, elle s'oriente dans la direction du champ.
Le champ magnétique est donc un champ vectoriel dont la direction en un point est donnée par une aiguille
aimantée. Son sens va du pôle sud au pôle nord a travers l'aiguille (doc 5 p 208).
Une ligne de champ vectoriel est une ligne tangente en chacun de ses points au vecteur champ et orientée dans le
même sens que le champ.
La valeur du champ peut être mesurée avec un teslamètre et s'exprime en tesla (T).
Remarque : en l'absence d'aimant ou de courant électrique, une aiguille aimantée s'oriente spontanément selon la
direction Sud-Nord sous l'action du champ magnétique terrestre
B
.
La terre se comporte comme un aimant droit dont les pôles N et S sont voisins des pôles géographiques (doc 5 p
208).
La valeur du champ magnétique terrestre est comprise entre 20 et 70 µT selon le lieu. Le champ magnétique terrestre
est en général négligeable devant les autres champs magnétiques.
2. Champ électrostatique
a) Généralités
Les objets électrisés créent autour d'eux un champ électrostatique. Exemple de la charge ponctuelle (doc 3 p 207).
Seules les charges électriques q sont sensibles a ce champ. Elles subissent en sa présence une force électrique
e
F
= q
E
. Le champ électrique est donc aussi un champ vectoriel.
b) Cas du condensateur plan
C’est un dispositif qui permet de produire un champ électrostatique E uniforme.
III- Champs de pesanteur et de gravitation
1. Champ de pesanteur
g
Tout objet de masse m placé à proximité de la Terre subit une force exercée par la Terre sur cet objet appelé poids
de l'objet et notée
P
telle que : = m
g
.
+
+
+
+
-
-
-
-

g
est le champ de pesanteur au voisinage de la Terre . Il s'agit d'un champ vectoriel dont la direction et le sens en
un point sont les mêmes que ceux de
P
(direction : la verticale passant par ce point, sens : du haut vers le bas).
C’est un champ localement uniforme c’est a dire que tous les
g
, quelque soit le lieu sont identiques (doc 8 p 109).
En toute rigueur ce champ est diffèrent du champ gravitationnel G produit par la Terre car il est la synthèse de
plusieurs contributions (rotation, champs gravitationnels des astres (Soleil, lune principalement), répartition
anisotrope de la masse..). Cependant en première approximation, nous identifions les deux champs.
2. Champ de gravitation
Un objet ponctuel de masse M, placé en un point O de l'espace, crée autour de lui un champ de gravitation. Un autre
objet de masse m placé en un point P à proximité subit une force d'attraction gravitationnelle
g
F
conformément à
la loi de Newton :
Fg =
2
..
OP mMG
On peut écrire :
g
F
= m (P). (P) est le champ de gravitation créé par la masse M au point P.
Il s'agit d'un champ vectoriel dirigé selon la droite (OP) et orienté de P vers O. Sa valeur est :
G (P) =
2
.
OP
MG
3. Relation entre les deux champs
En première approximation, le champ de pesanteur à la surface de la Terre peut être confondu avec son champ de
gravitation :
G (P) =
2
.
T
T
R
MG
g 9,8 N. Kg-1
IV- Cartographie d'un champ
Cartographier un champ consiste à représenter ce champ en différents points de l'espace
Une ligne de champ vectoriel est une ligne tangente en chacun de ses points au vecteur champ et orientée dans le
même sens que le champ.
Un champ est uniforme s'il est le même en tout point de l'espace.
Un champ est permanent si en un point donné, il ne varie pas au cours du temps.