5_comprendre_cohesio..

Chapitre 5 Comprendre la cohésion et
la transformation de la matière
1S – Mme GARCIA - 1 -
 Rappels Du noyau de l’atome à l’Univers
1. Constitution de la matière
Toute matière est constituée …………… eux-mêmes constitués de trois types de particules
élémentaires : …………… , …………… et ……………
Les …………… sont concentrés au centre de l'atome avec …………… : ils forment le
…………… de l'atome. Les …………… se situent autour du noyau. L’atome possède autant
de …………….. que ………………
2. Les charges électriques
Les trois particules élémentaires (protons, neutrons et électrons) possèdent une masse mais
aussi une charge électrique (qui s’appelle généralement q) et qui se mesure en coulomb
(symbole C).
Particule
Masse (kg)
Charge (C)
Neutron
1,675.10-27
0
Proton
1,673.10-27
1,6.10-19
Electron
9,1.10-31
-1,6.10-19
La valeur 1,6.10-19 C s’appelle la charge élémentaire, elle se note e (e =1,6.10-19 C)
 Exprimer la charge, notée q, portée par un proton en fonction de « e »
 Que peut-on dire des masses mp et mn d’un proton et d’un neutron ?
 Donner l’ordre de grandeur des masse des différentes particules.
 Combien de fois est plus lourd un proton vis à vis de l’électron ?
Echelle des longueurs

Chapitre 5 Comprendre la cohésion et
la transformation de la matière
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 1iere partie: Comprendre les interactions fondamentales de la matière
Pour décrire et comprendre les phénomènes de la nature, les physiciens ont toujours recherché
des lois générales et reposant sur le plus petit nombre de principes possible. Cette démarche
est particulièrement flagrante en physique des particules, où la quête d’une théorie unificatrice
est entamée depuis les années 1930 au moins.
Quatre interactions fondamentales ont été identifiées dans la nature : la gravitation, la force
électromagnétique, l’interaction faible et l’interaction forte
DOC1 D’après une « brève histoire du temps » de
Stephen Hawking
« .. Première catégorie : La force gravitationnelle. Cette force est
universelle, c’est à dire que chaque particule ressent la force de
gravité en fonction de sa masse. La gravité est la plus faible des
forces à distance : elle peut agir à très grande distance et est
toujours attractive.
La seconde catégorie est la force électromagnétique qui interagit avec les particules chargées
électriquement. Elle est plus puissance que la force gravitationnelle. Entre deux électrons, la
force électromagnétique est quelque un million de milliards de milliards de milliards (10 42)de
fois plus grande que la force gravitationnelle. Cependant il existe deux sortes de charges
électriques : la positive et la négative. La force entre deux charges positives (ou négatives)
sera répulsive…. L’attraction électromagnétique entre les électrons chargés négativement et
les protons chargés positivement dans le noyau fait que les électrons tournent autour du noyau
de l’atome , comme l’attraction gravitationnelle fait que la Terre tourne autour du Soleil….
Dernière catégorie : l’interaction nucléaire forte, qui retient les protons et les neutrons
ensemble dans le noyau de l’atome…
DOC2
Quatre particules élémentaires de la matière et quelques caractéristiques :
Quark up
Quark down
Electron
neutrino
charge
2/3.e
-1/3.e
- e
0
masse
Indéterminée car
jamais isolé
Indéterminée car
jamais isolé
9,11.10-31 kg
0 ou très faible ?
Constituant de
Protons et
neutrons
Protons et
neutrons
atome

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1S – Mme GARCIA - 3 -
DOC 3
Interaction
particules
concernées
Propriété
Portée
Exemple de Loi
Particule
messagère
Intensité
relative à
l’échelle des
particules
élémentaires
gravitationnelle
Toute
particule
massique
Attractive
Infinie mais
décroissante
avec la
distance
Graviton?
Masse
nulle
10-38
Electro
magnétique
Toute
particule
chargée
Attractive
ou
répulsive
Infinie mais
décroissante
avec la
distance
Ex : force
électrostatique
de coulomb
Photon
Masse
nulle
10-2
Forte
Nucléons
Quarks
Attractive
10-15 m
Augmente
avec la
distance
Gluon
Masse
nulle
1
Faible
Quark
Electron
Neutrino
Attractive
ou
répulsive
10-18 m
Boson
Masse non
nulle
10-7
QUESTIONS:
1. La physique contemporaine a défini quatre interactions fondamentales à l’origine de
tous les phénomènes physiques connus. Les citer.
2. Placer dans l’arborescence suivante les quatre interactions fondamentales.
Interaction
électrofaible
Modèle
standard
Théorie de
tout ?????

Chapitre 5 Comprendre la cohésion et
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1S – Mme GARCIA - 4 -
3. Pourquoi vouloir chercher une théorie de tout ?
4. Qu’attend-on d’une théorie ? (deux réponses obligatoires).
5. Sachant que le proton et le neutron sont des particules constituées chacune de 3 quarks
et connaissant leurs caractéristiques, déterminer de quelle combinaison de quarks (u et
d) ils sont formés. Schématiser la situation en plaçant les lettres u et d dans les espaces
blancs ci-dessous.
Proton Neutron
6. Les forces électromagnétique et gravitationnelle ont une portée illimitée contrairement
aux interactions faible et forte. Préciser ce qui, dans les documents, permet de
l’affirmer.
7. Relier chaque interaction à son domaine d’action.
Echelle d’un proton ou d’un
neutron
Echelle du noyau de l’atome
Echelle atomique, moléculaire et
humaine
Echelle planétaire et astronomique

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8. Dans chaque phénomène physique, on peut reconnaître l’une des quatre interactions
fondamentales, relier chaque phénomène à l’interaction qui lui correspond.
Chute des corps
Transformations chimiques
Lumière
Mouvement des planètes
Poussée d’Archimède
Codage et traitement des données
informatiques
Radioactivité α (fission de noyau)
Eclairs d’orage
Radioactivité β (transformation d’un
proton en neutron ou l’inverse)
Ondes radio
Boussole
Marées
Tension d’un fil
Interaction
……………………
Interaction
…………………………
Interaction
……………………
Interaction
……………………