AP - Calcul de l`intensité des forces - Physique

Thème 2 : Comprendre
Chapitre 1
AP - Calcul de l'intensité des forces gravitationnelle et électrique s'exerçant sur différents
corps
I - Interaction gravitationnelle
Deux masses séparées d'une distance d sont en interaction c'est à dire qu'elles exercent l'une sur l'autre une force.
1. Rappeler les caractéristiques de la force gravitationnelle exercée par une masse m1 sur une masse m2 :
- point d'application : centre de gravité des masses
- direction (ou droite d'action) : droite passant par le centre de gravité de chacune des masses
- sens :
- intensité (préciser les unités) :
La constante gravitationnelle G vaut 6,67.10-11 USI.
2.
Retrouver l'unité de G.
Dans un tableur, on va calculer plusieurs valeurs de la force gravitationnelle exercée par une masse sur l'autre.
Les intensités des forces gravitationnelles à calculer sont celles exercées




par la Terre sur la Lune
par le Soleil sur la Lune
par la Terre sur le satellite géostationnaire Météosat
par le Soleil sur Météosat
Données : MSoleil = 1,989 × 1030 kg ; MTerre = 5,972 × 1024 kg ; MLune = 7,3477×1022 kg ; Mmétéosat = 400 kg.
3.
Rappeler la valeur de la distance Terre - Lune :
4.
En vous appuyant sur la valeur de la distance Terre-Soleil et sur la valeur de la distance Terre-Lune estimer l'ordre de grandeur de la
distance Lune-Soleil.
5.
L'orbite géostationnaire est située à environ 36000 km au dessus de l'équateur. Rappeler l'ordre de grandeur du diamètre de la Terre
puis estimer la distance séparant Météosat et le centre de la Terre.
6.
Dans Excel ou Calc faire un tableau du type :
Masse 1
Masse 2
Distance entre astres
Force gravitationnelle
Puis calculer l'intensité des forces gravitationnelles.
Rappel pour multiplier une série de valeurs par un coefficient contenu dans une cellule fixe, par exemple la cellule E 10 faire : *$E$10
FTerre/Lune =
FSoleil/Lune =
FTerre/Météosat =
FSoleil/Météosat =
7.
Comparer les valeurs des forces exercées respectivement par la Terre et par le Soleil sur chacun des deux satellites terrestres.
III - Comparaison des intensités des interactions gravitationnelles et électriques s'exerçant sur des protons et des électrons
Deux particules chargées de charges qA et qB séparées d'une distance d sont en interaction c'est à dire qu'elles exercent l'une sur l'autre une force.
Les caractéristiques de ces forces sont les suivantes :
- direction (ou droite d'action) : droite passant par les deux charges
- sens : attractive si les charges sont
répulsive si les charges sont
- intensité (préciser les unités) :
La constante k vaut 9,0.109 N.m2. C-2
Cas où les charges sont de
qA
0 et qB
0
Cas où les charges sont de
ou
qA
0 et qB
0
qA
0 et qB
8.
Donner les valeurs des masses d'un électron et d'un proton
9.
Estimer l'ordre de grandeur de la distance entre un électron et un proton dans un atome.
0
ou
qA
0 et qB
0
10. Estimer l'ordre de grandeur de la distance entre deux protons du noyau d'un même atome.
11. Dans un tableur, calculer les ordres de grandeur de :
a.
l'intensité de la force électrique exercée entre deux protons d'un même atome : F1elec =
b.
l'intensité de la force électrique exercée entre un proton et un électron : F2elec =
c.
l'intensité de la force gravitationnelle exercée par un proton sur un autre proton d'un même atome : F1g =
d.
l'intensité de la force gravitationnelle exercée par un proton sur un électron : F2g =
12. Déterminer à partir de vos résultats quelle est l'interaction qui prédomine à l'échelle de l'atome. Justifier la réponse.
13. Discuter de la stabilité du noyau atomique dans le cas où s'il ne s'exercerait sur les protons que l'interaction électrique et l'interaction
gravitationnelle.