Pour aller plus loin :
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Mots clés : interactions fondamentales ; interaction gravitationnelle ; interaction électrique ; interaction forte ; interaction faible ; cohésion de la matière ; ... |
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Phys. N° 01 |
Interactions fondamentales.
Exercices |
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Programme 2011 : Phys. N° 07 Champs et Forces. Programme 2011 : Physique et Chimie Programme 2020 : Physique et chimie |
Pour aller plus loin :
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Mots clés : interactions fondamentales ; interaction gravitationnelle ; interaction électrique ; interaction forte ; interaction faible ; cohésion de la matière ; ... |
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Caractériser les interactions dans un noyau d’atome En 1817, ARFVEDSON identifia le lithium en tant que métal alcalin. Nous allons nous intéresser aux interactions à l’intérieur
du noyau de l’atome de lithium
1. Quelle est la composition du noyau de l’atome de lithium ? 2. Calculer la valeur de la force d’interaction gravitationnelle qui s’exerce entre deux protons de masse mp = 1, 67 × 10–27 kg éloignés de la distance d = 2,32 × 10–15 m . 3. Calculer la valeur de la force d’interaction électrique qui s’exerce entre deux protons de charge e = 1,6 × 10 – 19 C éloignés de la distance d = 2,32 × 10– 15 m. 4. Justifier de la nécessité d’un troisième type d’interaction pour expliquer la stabilité du noyau de lithium. Données : G = 6,67 × 10– 11 S.I ; k = 9 × 109 S.I |
Correction :
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1. Composition d'un atome de lithium :
Cet atome possède 3 protons, 3 neutrons dans son noyau autour duquel se déplacent à grande vitesse 3 électrons. 2. Force d'interaction gravitationnelle entre deux protons.
3. Force d'interaction électrique entre deux protons.
4. Stabilité du noyau : L'interaction est répulsive. Elle a tendance à faire éclater les noyaux. Il faut une autre interaction attractive entre les nucléons pour assurer la cohésion du noyau : c'est l'interaction forte. |
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Un
article scientifique 1. Dans un commentaire de l’expérience de RUTHERFORD, Il est dit que « des particules α ricochent sur des points durs ». a. Quelle est la nature de ces points durs, en déduire le signe de leur charge ? En déduire le signe de la charge des particules α. b. Les particules α ricochant sur ces points durs, en déduire le signe de la charge des particules α. c. Quel type d’interaction existe-t-il entre les particules α et les points durs ? 2. Dans ce texte, on peut lire aussi « la force électrique attractive ‘‘remplace’’ la force exercée, par le Soleil sur les planètes ». a. Existe-t-il une interaction gravitationnelle entre le noyau et les électrons, comme il en existe entre le Soleil et les planètes ? b. Le terme « remplace » est-il justifié ? c. Calculer la valeur de la force d’interaction gravitationnelle qui existe entre le noyau de l’atome d’or et l’un des électrons de cet atome situé à sa périphérie. Données :
G
= 6,67
×
10–
11 S.I ;
mp
= 1, 67
×
10–
27 kg ;
me- = 9, 1 × 10– 31 kg |
Correction :
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1. 1. a : Les points durs sont des noyaux d'or. Ils sont chargés positivement. 1. b : Comme il y a répulsion entre les noyaux d'hélium et les particules α, les particules α sont chargées positivement (se sont des noyaux d'hélium). 1. c : Entre les particules α et les noyaux d'or, il existe l'interaction électromagnétique : les particules α sont en mouvement. 2. 2. a : Il existe aussi l'interaction gravitationnelle entre les particules considérées car elles ont une masse. 2. b : Le terme ''remplace'' est mal adapté car les deux interactions coexistent (c'est l'interaction électromagnétique qui prédomine devant l'interaction gravitationnelle). 2. c : Valeur de la force gravitationnelle entre le noyau de l'atome d'or et un électron. On considère le noyau de l'atome d'or suivant :
Expression de la force gravitationnelle :
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III
-Exercice 13 page 23 et page 24.
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Un
grain de sel Le cristal de chlorure de sodium est constitué d’un empilement compact et ordonné d’ions. Les ions chlorure Cl– se trouvent aux sommets de cubes contigus d’arête a et au centre de chaque face de ce cube ; Les ions Na+ sont situés au milieu de chaque arête et au centre de chaque cube. 1. Calculer la plus petite distance entre : a. Un ion Cl– et un ion Na+ ; b. Deux ions Cl– ; c. Deux ions Na+. 2. Calculer la valeur de la force électrique s’exerçant entre : a. Deux ions Cl– les plus proches ; b. Deux ions Na+ les plus proches ; c. Un ion Na+ et l’ion Cl– le plus proche. 3. Quelles forces assurent la cohésion du cristal ? Données : a = 556 pm ; e = 1,6 × 10– 19 C ; k = 9 × 109 S.I
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Correction :
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1. 1. a : Plus petite distance entre un ion Cl − et un ion Na +
1. b : Plus petite distance entre deux ions Cl −
La longueur d'' est égale à la demie diagonale du carré d'arête a :
1. c : Plus petite distance entre deux ions Na+ La longueur d' est l'hypoténuse du triangle rectangle ABC.
2. 2. a : Valeur de la force électrique s'exerçant entre deux ions Cl− les plus proches :
Force répulsive 2. b : Valeur de la force électrique s'exerçant entre deux ions Na + les plus proches : On trouve la même valeur : Fe ≈ 1,5 × 10–9 N : La distance est la même et les charges sont les mêmes en valeur absolue (force répulsive). 2. c : Valeur de la force électrique entre un ion Cl− et un ion Na+
Force attractive. 3. Chaque ion est soumis à des forces électriques dont les effets se compensent. |
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