1–Champ de pesanteur

Classe de 1reS – PHYSIQUE – NOM :
1–Champ de pesanteur
On rappelle la loi de gravitation universelle :
F=G·m1·m2
r2
avec F force d’attraction entre les 2 masses, m1et m2masses quelconques exprimées en kilogramme,
rdistance (en mètre) centre à centre entre les 2 masses supposées sphériques
et G constante de gravitation : G =6,67 ×10−11 N.m2.kg−2
Si m1 est un astre de masse M et m2 une masse m¿M ( m beaucoup plus petit que M ) sous son in-
fluence, alors on peut écrire
P=G·m·M
r2
−→
P=m·−→ g
avec −→ gvecteur accélération de la pesanteur.
M
•
m
−→
P
La figure représente une masse m= 20 kg posée sur la Lune de masse M. Au
niveau du sol lunaire, l’accélération de la pesanteur vaut g= 1 , 6 m/s
2
. Le
rayon de la Lune est R =1700 km.
1. Calculer le poids P de la masse sur le sol lunaire.
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2. Calculer la masse M de la Lune. (Attention aux unités)
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3. Tracer le vecteur poids −→ P sur m. Aucune échelle n’est imposée.
4. Tracer 3 lignes de champ de pesanteur dont une passant par la masse
m
5. Que devient la valeur de gpour la masse mplacée à l’altitude h=R ?
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1

2–Champ électrique
On rappelle la loi de Coulomb :
F=K·q1·q2
r2
avec F force d’attraction entre les 2 charges si elles sont de signes contraires, force de répulsion entre les
2 charges si elles sont de mêmes signes, q1 et q2 valeurs absolues des charges quelconques exprimées en
coulomb,
r distance (en mètre) centre à centre entre les 2 charges supposées sphériques et K constante dépendant
du milieu dans lequel sont les charges : K =9×109N.m2.C−2
Si q1est une forte charge de valeur Q et q2une charge q¿Q sous son influence, alors on peut écrire
F=K·q·Q
r2
−→
F=q·
−→
E
avec −→ E vecteur champ électrique.
Dans un condensateur dans lequel les plaques sont séparées d’une distance d et soumis à une tension U ,
on a la relation U =E·davec E champ électrique constant entre les plaques du condensateur.
Exercice no1 :
vide
•
αG U
Le schéma montre une particule α en train de se déplacer
vers le haut entre les 2 plaques horizontales d’un condensa-
teur. Le condensateur est relié à un générateur de tension
continue U= 1 mV. L’ensemble est placé dans un espace
où règne le vide. On rappelle qu’une particule α est un
noyau 4
2He donc un ion hélium chargé 2+. On donne :
mproton ≈mneutron ≈1,67 ×10−27 kg
qproton ≈1,60 ×10−19 C
g≈9,81 m/s2
d=0,1 m
Aucune échelle n’est imposée pour les vecteurs.
1. Quelle est la masse de la particule α(on néglige la perte de masse due aux liaisons entre les nucléons) ?
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2. Quelle est la charge de la particule α?
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3. Dessiner le vecteur −→ gdans l’espace entre les plaques. Aucune échelle n’est imposée.
4. Dessiner le vecteur −→ P appliqué sur la particule α.
5. Calculer ce poids P.
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6. Dessiner le vecteur
−→
F représentant la force électrique appliquée sur la particule α en raison du champ
électrique régnant entre les 2 plaques.
7. Quelle est la valeur E du champ électrique −→ E
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8. Que vaut F ?
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9. Dessiner le vecteur −→ E dans l’espace entre les plaques.
10. Décrire le mouvement de la particule α.
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2

11. Indiquer les pôles ⊕et ªdu générateur.
Exercice no2 :
qA=1 nC qB=4 nC
•
M
On place un point M à
rA=1 m de qAet à
rB=2 m de qB.
1. En M, tracer
−→
EA champ créé par la seule charge qA et
−→
EB champ créé par la
seule charge qBsachant que ces 2 champs sont égaux.
2. Exprimer littéralement EApuis EB
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3. Montrer que ces 2 champs sont égaux.
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4. Quelle est la valeur de leur somme vectorielle ?
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3–Champ magnétique
Ï
I
Ï
s
n
La figure représente une spire circulaire de rayon R= 0 , 1 m en perspective : elle
est dans un plan perpendiculaire au plan de la feuille. La partie de cette spire en
avant du plan de la feuille est en trait plus épais. Le champ magnétique au centre
d’une spire est donné par la formule
B=2·π·10−7I
R
La spire n’est parcourue par aucun courant ( I= 0). On a placé cette spire dans un
plan vertical parallèlement aux lignes de champ magnétique terrestre. Le champ
magnétique terrestre a pour valeur BT= 20 µ T. Une boussole est alors placée au
centre de la spire et se place comme indiqué sur la figure.
1. On envoie un courant I= 3 , 18 A comme indiqué sur le schéma. Dessiner le
vecteur
−→
B créé par ce courant au centre de la spire. Est-ce que la face de la
spire vue en perspective est Nord ou Sud ? Justifier.
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2. Calculer ce champ B au centre de la spire.
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3. En réalité le champ
−→
B créé par ce courant se superpose vectoriellement au
champ magnétique terrestre. Expliquer précisément le mouvement de la
boussole et sa nouvelle position.
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Ï
I
Ï
Ï
I
Ï
Les bobines de Helmholtz
Si 2 spires identiques sont parcourues par un même courant et dis-
tantes de R rayon de chaque spire, alors on montre que le champ
magnétique créé par les 2 spires est quasi constant entre les 2 spires.
Tracer 3 lignes de champ fermées sur elles-mêmes créées par ce dispo-
sitif, en indiquant leur sens.
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