COMPRENDRE LOIS ET MODELES

Ch 12 : Champs et forces

I) Notion de champs 1) Activité d’introduction p 202 1- Ces lignes représentent des ensembles de points qui sont à la même pression atmosphérique hPa, mesurée en (hectopascal); elles sont appelées : isobares

I) Notion de champs 1) Activité d’introduction p 202 2- Les zones colorées représentent des zones qui sont à la même température

I) Notion de champs 1) Activité d’introduction p 202 3- On peut repérer en chaque point la direction, le sens et la valeur de la vitesse du vent.

I) Notion de champs 1) Activité d’introduction p 202 4a- Une grandeur scalaire est représentée par un nombre suivi d’une unité. Exemples: la masse, le temps, la température. Pour connaître une grandeur vectorielle, en plus de sa valeur, il faut préciser son point d’origine, sa direction, son sens et sa valeur. Exemples: une force, une vitesse. La carte des températures représente un champ scalaire alors que la carte des vitesses du vent représente un champ vectoriel. 4-b- Un champ scalaire est défini par une valeur en chaque point. Un champ vectoriel est défini par un vecteur (direction, sens, valeur) en chaque point. Définition : Un champ est une grandeur physique mesurable associée à chaque point de l’espace.

I) Notion de champs 2) Définitions Champ : Un champ est une grandeur physique mesurable associée à chaque point de l’espace. On a un : Champ scalaire lorsque la grandeur physique mesurable est caractérisée par une valeur numérique Champ vectoriel lorsque la une grandeur physique mesurable le caractérisant a les propriétés d’un vecteur. Le vecteur représentant le champ vectoriel en un point A est tangent en A à une courbe appelée ligne de champ, ligne orientée dans le même sens que le vecteur champ. Champ uniforme : Région de l’espace où la grandeur physique définissant un champ a les mêmes caractéristiques en tout point. Cas d’un champ vectoriel: le vecteur champ est un vecteur constant.

II) Champ électrostatique La boule du pendule placée en un point où règne un champ électrostatique subit une force de la part du champ. Le champ électrostatique E est mis en évidence par l’effet de la force de coulomb F exercée par des charges électriques présentes dans la région de l’espace sur une charge q. Il a pour expression: Caractéristiques : Le vecteur E en un point est tangent à la ligne de champ qui passe par ce point. La ligne de champ est orientée dans le sens du champ. Le champ électrostatique à l’intérieur d’un condensateur plan est uniforme.

III) Champ magnétique 1) Vecteur champ magnétique B Détections : une aiguille aimantée, placée en un point au voisinage d’un aimant, elle subit une action mécanique. 1) Vecteur champ magnétique B Représentation : - origine : le point choisi. - direction : celle d’une aiguille aimantée placée en ce point. - sens: celui du vecteur SN défini à partir des pôles Nord et Sud de l’aiguille aimantée. 2) Champ magnétique créé par un courant A l’intérieur du solénoïde, les lignes de champ sont parallèles. La mesure au teslamètre montre que la valeur du champ magnétique est constante sauf dans la région des bords. A l’intérieur du solénoïde, le champ magnétique est uniforme.

IV) Champ magnétique Terrestre 1) Origine La Terre est une source de champ magnétique. Il résulte des mouvements de matière dans les profondeurs( dans le noyau) de la planète. 2) Observation L’aiguille aimantée d’une boussole pointe vers un lieu décalé par rapport au nord géographique. Le champ magnétique terrestre peut être modélisé par le champ créé par un aimant droit placé au centre de la Terre.

IV) Champ magnétique Terrestre L’axe de l’aimant droit fait un angle de 15° environ avec l’axe de rotation de la Terre. Pôles géographiques et magnétiques ne sont pas confondus. A l’heure actuelle, le pôle magnétique de l’hémisphère nord (qui est un pôle sud d’aimant) est distant d’environ 1000km du pôle nord géographique. En un lieu donné, l’angle entre la direction du pôle géographique et celle du pôle magnétique est appelée « déclinaison » 3) Inclinaison Dans l’hémisphère Sud, l’aiguille d’une boussole oriente vers le haut son pôle nord (l’extrémité sensée indiquer le nord). Actuellement, à Paris l’inclinaison est de 64°. A la Réunion environ 50°.

Angle Inclinaison I: angle entre les lignes de champ et l’horizontale. L’orientation du champ magnétique terrestre varie en permanence. Il s’est inversé plusieurs fois au cours des temps. Sa valeur dépend du lieu. Actuellement, elle vaut entre 20 μT et 70 μT.

V) Champ de gravitation et champ de pesanteur a) Rappel : loi de gravitation universelle Deux objets de masses respectives m et M, dont les centres sont séparés d’une distance d, exercent l’un sur l’autre des forces d’attraction gravitationnelle, ayant la même intensité F: G mM direction: droite joignant les centres des 2 objets F = sens : vers l’objet attracteur d2 b) Champ de gravitation Un champ de gravitation règne en un point de l’espace lorsqu’un objet de masse m (objet-test), placé en ce point, y subit une action mécanique d’attraction gravitationnelle, du fait de la présence d’un autre objet de masse M. - Le champ gravitationnel, noté G est un champ vectoriel. - Il est centripète: toutes les lignes de champ sont orientées vers le centre de l’objet qui crée le champ de gravitation.

V) Champ de gravitation et champ de pesanteur b) Champ de gravitation Ex: corps à répartition sphérique de masse, de centre O, de masse M, à l’origine du champ: - Direction de G : droite qui joint O au point A où on étudie le champ; - Sens : de A vers O; Valeur: F G M G = = m d2 G s’exprime en N. kg-1

V) Champ de gravitation et champ de pesanteur Au voisinage de la Terre, un objet de masse m (objet-test) est soumis à son poids P. Au voisinage de la Terre, règne un champ de pesanteur, noté g, tel que: Intensité moyenne de la pesanteur g = 9,8 N.kg-1

V) Champ de gravitation et champ de pesanteur 3) Champ de pesanteur local Le champ de pesanteur local g est uniforme. 4) Champs de gravitation et de pesanteur

V) Champ de gravitation et champ de pesanteur 4) Champs de gravitation et de pesanteur La verticale d’un lieu est donnée par la direction d’un fil à plomb. Etant donné le mouvement de rotation de la Terre, le fil à plomb n’est en fait pas exactement dirigé vers le centre de la Terre Les champs de pesanteur g et de gravitation G ne sont donc pas rigoureusement identiques. Cependant, en première approximation, au voisinage de la Terre, on peut écrire: G MT g = GTerre g = R2Terre