Phys. N° 01

Interactions

Fondamentales :

Corrections

   

Programme 2011 : Phys. N° 07 Champs et Forces.

Programme 2011 : Physique et Chimie

I - Exercice 9 page 23.

II - Exercice 11 page 23.

III -Exercice 13 page 23 et page 24.

Pour aller plus loin : 

Mots clés :

interactions fondamentales ; interaction gravitationnelle ; interaction électrique ; interaction forte ; interaction faible ; cohésion de la matière ; ...

Recherche GoogleMoteur de recherche sur les différents sites

 

 

 

Recheche sur le Web

Google

I - Exercice 9 page 23.

 

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 = 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 = 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 × 10 9 S.I  


Correction :

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.

II - Exercice 11 page 23

 

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 :

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 :

III -Exercice 13 page 23 et page 24.

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 x 10 – 19 C ;  k = 9 x 10 9 S.I

 


Correction :

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.