Chapitre 10 : De l’atome à l’Univers Les objectifs de connaissance : Connaître l’ordre de grandeur des dimensions de différentes structures d’édifices organisés ; Connaître l’ordre de grandeur des masses d’un nucléon et de l’électron ; Connaître les interactions fondamentales qui régissent la cohésion de la matière. Les objectifs de savoir-faire : Expliquer la cohésion de la matière. Thème : COMPRENDRE Domaine : Cohésion et transformation de la matière

Voir Activité : « Les interactions fondamentales » 1. Les dimensions dans l’Univers

X A Z 2. Les constituants des édifices chimiques (Rappels) Un noyau est constitué de Z protons et de N neutrons : A Z X Nombre de nucléons (A = Z + N) Symbole Numéro atomique (e = charge électrique élémentaire = 1,6.10-19 C) A RETENIR : La matière est constituée de trois particules élémentaires : les électrons, les protons et les neutrons. Un atome étant électriquement neutre, il possède Z électrons : la charge totale du noyau vaut +Ze et la charge totale du nuage électronique vaut –Ze. Exercices : n°8, n°9 & n°12 p128

Remarque : La masse de l’électron étant très faible devant celle du proton ou du neutron (mp  mn = 1836 me), on peut considérer que la masse d’un atome est pratiquement égale à celle de son noyau. 3. Les interactions fondamentales dans l’Univers 3.1. Rappels sur les forces Définitions On appelle action mécanique une action exercée par un objet sur un autre objet. Une action mécanique se manifeste par ses effets. On appelle « force exercée par A sur B » l'action mécanique exercée par un objet A sur un objet B, on la note :  Une force sera modélisée par un vecteur (exemple ci-dessus). Une force est caractérisée par : Vecteur associé : sa direction ; son sens ; son point d'application ; son intensité. Direction et sens : direction et sens de la force ; Origine : point d'application de la force ; Norme : intensité de la force.

Remarque : la droite définie par la direction et le point d'application de la force s'appelle la droite d'action de la force. 3.2. L’interaction gravitationnelle Loi de Newton : Deux corps ponctuels, A et B, de masses mA et mB, dont les centres O et O’ sont distants de d, exercent l’un sur l’autre des actions mécaniques attractives modélisées par des forces d’attraction de mêmes intensités F.

A RETENIR : Ces deux forces ont même direction, même valeur mais des sens contraires. Remarque : cette loi se généralise aux corps non ponctuels si la répartition des masses mA et mB est à symétrie sphérique. On considère alors que toute la masse est concentrée au centre du corps. Exercice : calculez l’intensité de l’interaction gravitationnelle qui s’exerce entre 2 protons du noyau d’un atome (d  10-14 m). Exercice : n°19 p130 (niveau 1)

3.3. L’interaction électromagnétique Loi de Coulomb : Deux charges électriques, qA et qB, exercent l’une sur l’autre des forces d’interaction électrostatique dont la valeur est proportionnelle à chacune des charges et inversement proportionnelle au carré de la distance d qui les sépare. A RETENIR : Ces deux forces peuvent être attractives (charges de signe contraire) ou répulsives (charges de même signe). Exercice : Calculez l’intensité de l’interaction électrostatique qui s’exerce entre 2 protons du noyau d’un atome (d  10-14 m). Réponse :  = 2,3 N Exercice : n°21 p130

Interaction gravitationnelle Interaction électromagnétique répulsive 3.4. L’interaction forte Les protons au sein du noyau sont soumis à deux forces : Interaction gravitationnelle Interaction électromagnétique répulsive Fg = 1,86 .10-36 N Fe = 2,3 N On constate que Fe >> Fg, les protons devraient donc s’éloigner l’un de l’autre. Mais ce n’est pas le cas car il existe une interaction dans le noyau qui empêche la dispersion des protons : c’est l’interaction forte. Caractéristiques de l’interaction forte : Force attractive qui s’exerce entre les nucléons. Elle est de très courte portée ( 10-15 m), au-delà elle devient négligeable devant les autres. Entre deux protons, elle est 100 à 1000 fois plus grande que l’interaction électromagnétique. 3.5. L’interaction faible L’interaction faible est responsable de certaines désintégrations radioactives (émission de particules par des noyaux, par exemple l’émission ). La portée de l’interaction faible est de l’ordre de 10–18 m.

3.6. Bilan