OBSERVER – Couleurs et images

COMPRENDRE – Lois et modèles
Chapitre 12
CORRECTIONS
Chap. 12 – Champs et forces
EXERCICES
Exercice 5 p. 213
Le champ de température en météorologie et le champ d’altitude en géographie sont des exemples de champs
scalaires.
Exercice 6 p. 213 (corrigé)
Les champs scalaires sont les champs de pression, de température, d’altitude.
Les champs vectoriels sont les champs magnétique, électrostatique, de pesanteur.
Exercice 7 p. 213
Pour cartographier un champ de température, il faut mesurer en chaque point la valeur de la température.
Exercice 8 p. 213 (corrigé)
Pour cartographier un champ de vitesse du vent, il faut mesurer en chaque point la valeur de la vitesse du vent,
déterminer sa direction et son sens. En général, pour un champ vectoriel, il faut la direction, le sens et la valeur
en chaque point.
Exercice 9 p.213
1.
2.
Une ligne de champ vectoriel est une ligne tangente en chacun de ses points au vecteur champ.
Exercice 10 p.213
1.
2.
Les lignes blanches sont des isobares, lignes d’égales pressions ; la pression est donc la même le long
d’une ligne isobare.
Les valeurs de pression varient de 1010 à 1020 hPa donc le champ de pression n’est pas uniforme sur
l’Australie.
Exercice 11 p.213
1.
2.
La carte des vents indique en un point donné la direction, le sens et la valeur de la vitesse du vent donc
on a donc cartographié un champ vectoriel.
Si la valeur du champ, sa direction et son sens sont constants dans l’espace, alors le champ vectoriel
peut être qualifié d’uniforme.
1
COMPRENDRE – Lois et modèles
3.
Chap. 12 – Champs et forces
Le champ est uniforme par exemple sur la zone encadrée en rouge.
Exercice 12 p.213
1.
2.
Les lignes de champ magnétique sont orientées du pôle Nord vers le pôle Sud à l’extérieur d’une bobine
ou d’un aimant.
Le pôle Nord magnétique se trouve donc sur l’extrémité gauche de la bobine
Exercice 13 p.213 (corrigé)
1.
2.
Le champ de pesanteur est vectoriel.
À la surface de la Terre, le champ de pesanteur s’identifie au champ gravitationnel.
Exercice 14 p.214
1.
Le champ électrostatique créé par un condensateur plan est orienté de
l’armature positive vers l’armature négative.
2.
Le champ électrostatique est uniforme entre les armatures du condensateur.
Exercice 15 p.214
1.
La température moyenne est fonction de la coordonnée verticale : altitude z.
2.
a. Les couches atmosphériques isothermes sont des couches où la température est constante. Elles se
traduisent sur le graphique par des segments verticaux.
Couches isothermes : 11 < z < 18 km,
47 < z < 52 km,
et
82 < z < 90 km environ.
b. Dans ces couches isothermes, le champ de température moyenne est uniforme.
3.
a. Au sol, la température moyenne est : θ = 10 °C.
b. À la limite entre la troposphère et la stratosphère, la température moyenne est : θ = – 55 °C.
4.
Dans la troposphère, la représentation de l’altitude en fonction de la température est une droite qui ne
passe pas par l’origine. Il y a donc une relation affine entre ces grandeurs. Sur le graphique, on peut lire :
pour z = 0, θ = 10 °C et pour z = 11 km, θ = –55 °C.
La température décroît donc de 65 °C sur 11 km.
Cela correspond à la valeur affichée : « la température décroît en moyenne de 6 °C par kilomètre ».
2
COMPRENDRE – Lois et modèles
Chap. 12 – Champs et forces
Exercice 16 p.214
1.
2.
3.
Les lignes de champ magnétique sont orientées du pôle Nord vers le pôle Sud à l’extérieur d’un aimant.
Le pôle Nord de l’aiguille aimantée est orienté vers le pôle Sud de l’aimant.
Les lignes de champ sont orientées dans le même sens que le champ magnétique.
Exercice 17 p.214
1.
2.
Ces champs ne sont pas uniformes puisque leur intensité décroît quand on s’éloigne de la source. Il faut
donc préciser la distance à laquelle la mesure est effectuée.
Les valeurs indiquées à 30 cm et plus sont très inférieures aux seuils recommandés donc, a priori,
l’utilisation normale des différents équipements ne présente pas de risque.
Exercice 18 p.215
1.
et
2.
3.
Valeur de la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur la Lune :
Exercice 19 p.215
3
COMPRENDRE – Lois et modèles
Chap. 12 – Champs et forces
Exercice 20 p.232
3.
La Terre étant 80 fois plus massive que la Lune, son influence est beaucoup plus étendue. Les lignes de
champ gravitationnel de la Terre ne sont pratiquement pas déformées par la présence de la Lune ; en
revanche, celles du champ gravitationnel de la Lune sont déformées par la présence de la Terre.
4.
La somme de deux vecteurs est nulle si ces deux vecteurs ont même direction, même valeur et des sens
opposés.
4
COMPRENDRE – Lois et modèles
Chap. 12 – Champs et forces
Exercice 21 p.215
1.
2.
Les cristaux de magnétite s’orientent le long des lignes de champ magnétique, comme l’aiguille d’une
boussole.
Les champs magnétiques d’origine humaine peuvent perturber le champ terrestre. Les oiseaux sont
alors désorientés.
Exercice 23 p.233
Niveau 2
1.
2.
3.
La pression est la même en tout point d’une ligne blanche. Ce sont des isobares.
Dans un anticyclone, les pressions au sol sont élevées, supérieures à 1013 hPa qui correspond à la
pression atmosphérique moyenne. On peut observer une zone anticyclonique entre l’Irlande et l’Islande
(pression au sol de 1045 hPa). (zone orange foncée).
Un géopotentiel dans une zone anticyclonique a une valeur supérieure à 552 dam. Entre l’Irlande et
l’Islande, et au sud de l’Islande, le géopotentiel se situe à 560 dam et au-delà. Le géopotentiel confirme
l’anticyclone situé dans cette région.
Niveau 1
1.
a. La pression est la même en tout point d’une ligne blanche.
b. Les lignes blanches sont des isobares.
2.
a. Dans un anticyclone, les pressions au sol sont élevées, supérieures à 1013 hPa qui correspond à la
pression atmosphérique moyenne.
b. On peut observer une zone anticyclonique entre l’Irlande et l’Islande (pression au sol de 1045 hPa).
3.
a. Un géopotentiel dans une zone anticyclonique a une valeur supérieure à 552 dam.
b. Entre l’Irlande et l’Islande, et au sud de l’Islande, le géopotentiel se situe à 560 dam et au-delà. Le
géopotentiel confirme l’anticyclone situé dans cette région (question 2b).
4.
Dans une zone dépressionnaire, la pression au sol est inférieure à la pression atmosphérique moyenne
de valeur 1013 hPa. Le géopotentiel à 500 hPa se situe alors à une altitude inférieure à 552 dam.
On localise une dépression au milieu de l’océan Atlantique Nord et une autre sur l’Ukraine et la
Roumanie.
Exercice 24 p.217
1.
2.
3.
4.
Par beau temps, le champ électrostatique est dirigé vers le sol (du + vers le -), donc le signe de la charge
électrique à la surface du sol est négatif.
Sous le nuage dont la base est chargée négativement, les charges positives du sol sont attirées et les
charges négatives sont repoussées. Le sol devient donc positif.
Le sol, plan chargé positivement, et la partie inférieure du cumulonimbus chargée négativement,
peuvent être modélisés par un condensateur plan.
a. Le champ électrostatique entre le sol et la base du nuage est uniforme.
b.
5