TP10 Cohésion de la matière

(Leçon 7) Cohésion de la matière
1) Les constituants de la matière
Exploiter les documents ci-dessous pour répondre aux questions suivantes :
1. Rappeler pourquoi on appelle « e » la
charge élémentaire. Peut-on dire
qu’une charge est une grandeur
quantifiée ?
2. Critiquer la représentation de l’atome
dans le document 1.
3. Justifier qu’il y a autant de protons
que d’électrons dans un atome.
4. Quel est l’ordre de grandeur de la
masse du noyau d’un atome comportant
6 protons et 7 neutrons ? Combien
d’électrons possède cet atome ? Quel
est l’ordre de grandeur de la masse de
ses électrons ?
5. Pourquoi dit-on que pratiquement
toute la masse d’un atome est
concentrée dans le noyau ?
6. Le nombre de nucléon est aussi appelé
« le nombre de masse ». Justifier cette appellation.
7. Un atome d’Aluminium comporte 27 nucléons. Sachant que le numéro
atomique de l’élément aluminium est 13, établir la composition de
l’atome.
8. Quelle est la composition du noyau de chaque isotope du document
3 ? Donner une définition du mot « isotope ».
2) Les interactions fondamentales
Selon les théories actuelles, la grande variété de forces que l’on rencontre dans l’univers et tous les phénomènes
connus peuvent être expliqués à l’aide de quelques forces « de base » que l’on nomme « interactions
fondamentales ».
Pour découvrir ces interactions, et répondre aux questions de ce TP, vous vous appuierez sur l’activité 2 p. 121
de votre livre ainsi que sur le texte ci-dessous.
« Pourquoi les forces nucléaires sont-elles condamnées à n’opérer qu’au niveau microscopique, alors que les forces
électromagnétique et gravitationnelle ont une portée illimitée ? Et pourquoi observe-t-on tant de différences
entre les intensités intrinsèques de ces quatre forces ?
Pour vous faire une idée de cette différence, imaginez que vous teniez un électron dans chaque main et que vous
essayiez de les rapprocher. Ces deux particules, identiques, sont chargées : elles s’attirent sous l’effet de la
gravitation, mais se repoussent sous l’effet de la force électromagnétique. Laquelle des deux forces l’emporte ?
Les électrons vont-ils se rapprocher ou s’éloigner ? Et bien, c’est la répulsion qui l’emporte, et de très loin : la
force électromagnétique (FE ) est un million de milliards de milliards de milliards de milliards de fois plus forte
que l’attraction gravitationnelle (FG ).
Comment se fait-il alors que la force électromagnétique ne submerge pas la gravitation partout dans le monde
qui nous entoure ? C’est que la matière est globalement neutre, composée d’autant de charges positives que de
charges négatives, de sorte que les interactions électromagnétiques s’y compensent. Rien de tel pour la
gravitation, puisqu’elle est toujours attractive : ajoutez de la matière, la force gravitationnelle n’en sera que plus
intense. Et pourtant, la gravitation est, intrinsèquement, une force faible. »
L’Univers élégant, Brian Greene, 2000
1S TP10
Comprendre

1. Quelles sont les 4 interactions fondamentales ?
2. Deux seulement de ces interactions fondamentales interviennent à notre échelle : lesquelles ?
Pourquoi une seule nous est-elle vraiment familière ?
3. a) Justifier pourquoi ces deux interactions ne permettent pas d’expliquer l’existence du noyau.
b) Comment nomme-t-on l’interaction qui assure la cohésion du noyau ? Pourquoi, ne se manifeste-t-elle pas à
notre échelle ?
4. Après avoir rappelé l’expression de la force gravitationnelle s’exerçant entre deux objets de masse mA et mB
distants de d, (cours de 2nde), décrire l’évolution de la valeur de cette force lorsque la distance d augmente.
5. Compléter le tableau récapitulatif suivant :
Interaction
Objets entre lesquels elle
s’exerce
Effet (attire/repousse)
Portée
3) Les dimensions dans l’univers
En faisant appel à vos connaissances et souvenirs des années antérieures, ou en effectuant une recherche (livre
ou internet) compléter le tableau ci-dessous :
Edifice
Ordre de grandeur (m)
Interaction(s) prédominante(s)
Notre Galaxie
Système Solaire
Terre
Homme
Molécule
Atome
Noyau
Sur le schéma suivant, graduer l’axe avec les puissances de 10 adaptées puis représenter les domaines de
prédominance des 4 interactions fondamentales.