Cours physiques td 2

2009/201
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Cours de Physiques
Classe de Terminale D
ZAMBOU Serges (PLEG)

Cours de Physiques : Classe de Terminale D ZAMBOU serges |Page 2
CHAPITRE 1: FORCES ET CHAMPS
1 Forces et champs de gravitations
1.1 Attraction Universelle
On appelle attraction universelle ou gravitation universelle, l’attraction mutuelle
entre deux astres qui gravitent l’un autour de l’autre.
1.2 La loi de l’attraction Universelle
Enoncé de la loi :
Deux corps ponctuels A et B de masses respectives M
A
et M
B
et placés aux points A et
B exercent réciproquement l’un sur l’autre des forces d’attractions directement
opposées dirigées suivant la droite t(AB), d’intensités proportionnelles à leurs masses et
inversement proportionnelle aux carré de la distance AB.
AB= d ;
AB
u
AB
=
uuur
r
uuur
vecteur unitaire
2
.
A B
B A
A B
M M
F u F
d
ε
= =−
ur r ur
2
A B
B A
A B
M M
F F
d
ε
= =
; M
A
(kg); MB (kg); d(m) ; F
A/B
(N) ; F
B/A
( N).
Les forces d’attraction gravitationnelle sont généralement très faibles.
Exemple 1 : calculer la force d’interaction gravitationnelle entre un proton et un
électron.
Me= 9,1.10
-31
Kg Mp= 1,67.10
-27
Kg distance = 10
-10
m
Réponse : 1,01.10
-47
N.
A
B
A
B
F
ur
u
r
B
A
F
ur

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Exemple 2 : calculer la force d’attraction entre un homme situé à la surface e la terre et
la lune. M
lune
= 7,34.10
22
kg M
homme
= 70 kg distance (terre-lune)= 3,84.10
8
m
Réponse : 2,32.10
-3
N.
1.3 Le champ de gravitation
1.3.1 Définition
On dit qu’il existe un champ de gravitation en un point de l’espace si une masse
placée en ce point est soumise à l’action d’une force de gravitation.
1.3.2 Champ de gravitation crée par une masse ponctuelle en un point
On considère deux corps A et B de masse respective M
A
et M
B
.
2
.
A B
BA
M M
F u
d
ε
=
ur r
Nous déduisons de cette formule que :
2
.
A
B
B
A
FM
u
M
A B
ε
=
ur
r
Posons
2
.
B
A
M
G u
A B
ε
=
ur r
D’où
B
A
A
A
F M G
=
ur ur
Est le vecteur champ gravitationnel crée au point A par la masse B placée au point
B. Sa valeur algébrique se donne sous la forme :
2
B
A
M
G
A B
ε
=
A
m
A
m
B
B
A
F
ur
A
B
F
ur
B
G
A
ur

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1.3.3 Cas particulier du champ de pesanteur
On considère un solide A à la surface de la terre.
L’expression de notre force de gravitation prend ici la forme
2
.
A T
O
A
A O
M M
F u F
AO
ε
= =−
ur r ur
Sachant que 2
.
T
O
M
G u
A O
ε
=
ur r
Ceci nous
permet d’écrire OO
A
A
F G M
=
ur ur
cette force déjà connue correspond au poids du corps
considéré OOA
A
F G M P
= =
ur ur ur
Ainsi onc, la force de gravitation s’exerçant sur le solide A est le poids du solide.
Le champ de pesanteur qui crée cette force varie en fonction de la distance (altitude)
et en fonction de la latitude.
2
( )
T
h
T
M
G
R h
ε
=+
Pour h=0 nous avons
0
2
T
T
M
G
R
ε
=
En divisant les deux expressions nous obtenons :
Entraine
2
0
2
( )
T
h
T
R
G G
R h
=+
A
O
F
ur
O
A
F
ur
u
r
2
02
( )
T
hT
T
T
M
G
R h
GM
R
ε
ε
+
=

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2 Forces et champs électrostatiques
2.1 Généralités
On appelle charge électrique, tout corps possédant un déficit ou un excès d’électron. Il
existe deux types de charges :
 Les charges négatives (les électrons) q
e
= - e= 1,6.10
-19
C
 Les charges positives ( les protons) q
p
= 
Nota Bene : Deux corps chargés d’électricité de même signe se repoussent.
Tandis que deux corps chargés d’électricité de signe contraire s’attirent.
Loi de coulomb
La force d’attraction ou de répulsion qui s’exerce entre deux charges ponctuelles Q
A
et Q
B
placées respectivement aux points A et B est :
 Dirigé suivant la droite (AB)
 Proportionnelle aux deux charges
 Inversement proportionnelle au carré de la distance AB.
Pour des charges de même signe
Pour les charges de signe contraire
2
.
A B
A B
B A
kQ Q
F u F
AB
= =−
ur r ur
En valeur algébrique nous avons
2
A B
B A
A B
k
Q Q
F F
A B
= =
Avec
9,
9 10 ; ( ); ( )
A B
k x Q Q C F N
=
A
B
q
A
<0
q
B
>0
A
B
F
ur
B
A
F
ur
q
A
<0
q
B
<0
B
A
F
ur
A
B
F
ur