Ch 14 champs et forces2017 eleve

1S
Chapitre 14 : Champs et forces
Pré requis: seconde: force gravitationnelle
Compétences:


I.
Connaître les caractéristiques :
- des lignes de champ vectoriel ; - d’un champ uniforme ; - du champ magnétique terrestre ; - du champ électrostatique dans un condensateur
plan ;
- du champ de pesanteur local.
Identifier localement le champ de pesanteur au champ de gravitation, en première approximation.
Notion de champ
Un champ est une grandeur physique associée à chaque point de l'espace.
II.
Champs scalaire et vectoriel
https://www.youtube.com/watch?v=YBtIUiTPReI
Champ vectoriel :
Champ scalaire :
Les lignes de champ d’un champ vectoriel :
Les lignes de champ sont les courbes tangentes au vecteur champ en chacun de leurs points. Elles sont
orientées dans le sens du vecteur champ.
Afin de cartographier un champ vectoriel, il est possible de tracer quelques lignes de champ.
Champ vectoriel uniforme :
Un champ vectoriel uniforme est tel que le vecteur champ est le même en tout point, c’est à dire qu’il a
même direction, le même sens et la même norme.
Les lignes de champ d’un champ uniforme sont des droites parallèles.
III. Champ magnétique
C’est pas sorcier sur le magnétisme : http://www.youtube.com/watch?v=zDOlKllbW2M
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1) détection et effets d'un champ magnétique
les grecs ont découvert que certaines roches métalliques de
la région de Magnésie en Asie attiraient le fer et attiraient
ou repoussaient des roches similaires d’où le terme Magnet
une boussole est une aiguille magnétique sur pivot.
1) Le champ magnétique ainsi mis en évidence est-il uniforme ?
2) Tracer sur la photo les lignes de champ, que l’on orientera du pôle Nord vers le pôle Sud de l’aimant.
3) Représenter sur le même document le vecteur champ magnétique

B aux points A, B et C sans se
soucier de sa valeur.
Compléter le texte suivant :
Le champ magnétique est un champ vectoriel. On le représente par un vecteur champ magnétique


B En tout
point de l’espace, le vecteur champ magnétique B est tel que:
- son origine est le point choisi
- sa direction est celle qu'aurait une aiguille aimantée en ce point
- son sens: orienté du pôle …… ……. vers le pôle … ……….
- La valeur B du vecteur champ magnétique s’exprime en .....
..., noté ... .., en unité du S.I.
2) Champ magnétique terrestre
Il est assimilable à celui créé par un aimant droit dont la direction sera approximativement celle de l'axe
des pôles (en fait, l'axe géographique NS est décalée d'environ 15° / axe des pôles). Les lignes de champ
forment des boucles symétriques de plus en plus larges orientées nord-sud. Sa valeur vaut en moyenne
quelques microtesla.
IV. Champ électrostatique
1. vecteur champ électrostatique
On peut rendre compte de l’effet de la tension aux bornes des plaques A et B par la présence d’un champ
électrique, noté
-

E , dont les caractéristiques sont les suivantes :
point d’application : point de l’espace considéré ;
direction :
sens : de la plaque chargée …………………… vers la plaque chargée …………………….. ;
valeur : . exprimé en
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Tout objet chargé crée autour de lui un champ électrostatique E qui exerce sur une particule (ou
plusieurs) de charge q une force électrostatique F.
Les vecteurs E et F ont même direction et le sens de F dépend du signe de la charge q :
F =
Si q > 0, E et F sont de même sens.
Si q < 0, E et F sont de sens opposé.
2. Cas du condensateur plan
Il est constitué de deux plaques parallèles séparées par un isolant, l'une chargée positivement et l'autre
négativement. Le champ E, créé entre elles, est orienté de la plaque + vers le – et conserve la même valeur
en tout point. Les lignes de champ sont parallèles : le champ est uniforme.
http://www.reviz.fr/terminale/physique/electrostatique/champ-electrique-uniforme.html
Caractéristiques du champ vectoriel E dans le condensateur plan
Remarque: Les lignes de champ sont parallèles, donc le champ est uniforme dans le condensateur plan.
Direction :
Sens :.
Valeur : dépend de la tension U entre les plaques et de la distance d entre celles-ci:
Exercice: Etude d'un champ électrostatique
On étudie le champ électrostatique crée par un objet ponctuel portant une charge Q positive, placé en un
point O. Un objet test portant une charge positive q est placé en un point A tel que OA= d.
1) Quelles sont les caractéristiques des la force électrostatique 𝐹⃗ exercée sur l'objet test, le vecteur ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐸𝐴
représentant le champ électrostatique en A?
Représenter 𝐹⃗ 𝑒𝑡 ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐸𝐴 .
2) Quelles sont les caractéristiques du champ électrostatique en un point A', situé sur la demi droite OA, à
la distance d'= 2d du point O.
Le représenter sur le même schéma.
3) Calculer la valeur de ⃗⃗⃗⃗⃗
𝐸𝐴 si la charge est de 1,60.10-19 C et la force de 20 N.
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V.
Champ de pesanteur et de gravitation
Si on considère deux corps A et B, de masses mA et mB, il existe entre eux une action mutuelle
appelée interaction gravitationnelle représentée par deux forces dont les expressions sont :
FA/B = FB/A = G x mA x mB / AB2
N
N SI
kg kg m
avec G = 6,67.10-11 SI (m3.kg-1.kg-1)
1. Champ de gravitation
Toute masse crée autour d'elle un champ de gravitation
G qui
exerce sur une particule (ou plusieurs)
de masse m une force attractive F. On appelle le vecteur champ de gravitation créé au point B par
la masse mB:
Il sera noté
:

F
=
m
ou encore

F  mA .
Un cas particulier de champ gravitationnel
Le champ de pesanteur terrestre g est le champ gravitationnel créé par la Terre sur tout objet en son
voisinage :
=g
La Terre crée autour d'elle un champ de pesanteur g qui exerce sur une particule (ou plusieurs) de
masse m une force attractive P.
P étant le poids de la masse m avec P = m g
Les vecteurs g et P ont même direction et même sens :
g = P / m
Caractéristiques du champ vectoriel
Elles sont :
 direction : verticale du lieu ;

sens : vers le centre de la Terre ;

valeur (norme) : elle s'exprime en N.kg-1 ou m.s-2.
Valeur moyenne de g0 : 9,81 N.kg-1
Champ de pesanteur local
En un lieu (dimension de l'ordre du km), le champ g est décrit par un ensemble de vecteurs g0 tous // entre
eux, de même sens et de même valeur. Il est donc uniforme localement.
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