Exercices de révision champs électrostatique et gravitationnel

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Exercices de révision champs électrostatique et gravitationnel
Exercice n°1: Le condensateur plan
1- Rappeler la définition d’un condensateur plan.
2- Décrire l’origine du champ électrostatique entre les armatures d’un condensateur plan
soumis à une tension électrique. Quels sont la direction et le sens des vecteurs du
champ ?
3- Quelle est la valeur du champ électrostatique à l’intérieur d’un condensateur dans lequel
une particule de charge 1,0 mC subit une force de 1,0 x 10-2 N ?
4- Calculer la valeur du champ électrostatique à l’intérieur d’un condensateur d’épaisseur 0,5
mm chargé sous une tension de 10V.
5- En déduire la force que subirait une charge de 5,0 nC qui serait placé entre les armatures
de ce condensateur.
Exercice n°2: Accélération et déflexion d’un électron
Un électron est placé au point D dans le dispositif constitué de deux condensateurs plans cote à
cote ou règnent des champs de même valeur E = 1OOO N.C-1
A- Comparaison de l’effet des champs
1- Calculer la norme du poids de l’électron.
2- Calculer la norme de la force électrostatique subie par l’électron lorsqu’il est entre les
armatures de l’un des deux condensateurs.
3- Comparer les valeurs des normes du poids et de la force électrostatique. Conclure.
B- Etude du premier condensateur
1- Que peut-on dire du champ électrostatique entre les armatures du premier condensateur ?
2- Représenter les lignes de champ électrostatique entre ses armatures.
3- Quelle est la seule force subie par l’électron ? Préciser sa direction et son sens.
4- Le dispositif fonctionnerait-il avec un proton ? Pourrait-on l’adapter ?
5- Même question pour un neutron.
C- Etude du deuxième condensateur
L’électron atteint le deuxième condensateur en S.
1- Que peut-on dire du champ électrostatique entre les armatures du deuxième condensateur ?
2- Représenter les lignes de champ électrostatique entre ses armatures.
3- Quelle est la seule force subie par l’électron ? Préciser sa direction et son sens.
4- Le dispositif fonctionnerait-il avec un proton ? Pourrait-on l’adapter ?
5- Même question pour un neutron.
6- Après son passage en S la trajectoire de l’électron est –elle modifiée ?

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Exercice n°3: Champ de pesanteur et champ de gravitation
Le champ de pesanteur terrestre, noté
g
, n’est ressenti par aucun d’entre nous. Cependant,
quelques situations mettent en évidence l’effet de ce champ
g
: sauter d’un avion (avant d’ouvrir
le parachute) ou réaliser un saut à l’élastique, ou encore faire le grand 8 dans un parc
d’attraction. Au voisinage de la Terre, le champ de pesanteur vaut g = 9,8 N.kg-1.
1. Après avoir choisi si ce champ de force est un champ scalaire ou champ vectoriel, on
calculera le poids d’un individu de masse m = 65,0 kg.
Lorsqu’un objet est éloigné de la Terre (comme un satellite de télécommunication, une navette
spatial…), on parle alors de champ de gravitation, noté G. Pour un point situé à une altitude h de
la surface de la Terre, le champ de gravitation a pour expression :
Masse de la Terre : MT = 5,98.10 24 kg
G = G.MT / (RT + h) 2 avec Constante de gravitation : G = 6,67.10 -11 SI
Rayon moyen de la Terre : RTerre = 6,4.10 6 m
2. Des astronautes sont en mission dans la navette spatiale internationale (ISS) en orbite
autour de la Terre à une altitude h = 370 km. Déterminer le champ de gravitation auquel
ils sont soumis.
3. Par un rapport, Comparer la valeur de G trouvée à celle à la surface de la Terre (on
considèrera qu’à la surface de la Terre, g  G ). Pourquoi les astronautes ont l’impression
de flotter dans l’espace ?