La force gravitationnelle
Sir Isaac Newton a décrit la gravité et a émis l'hypothèse que la force qui fait tomber les objets sur le sol est la même que celle qui maintient la Terre en orbite autour du soleil. Cette découverte est considérée comme l'une des plus grandes contributions à la science de toute l'histoire de l'humanité.
Laforce gravitationnelle de la nature est uneforcesans contact d'attraction entre deux corps ayant une masse.
Puisque la gravité est une force sans contact force sans contact, elle peut agir sur deux objets qui ne se touchent pas physiquement, même à de grandes distances ! Voyons comment cela fonctionne un peu plus en détail. Pour comprendre le fonctionnement de la gravité, il est utile d'introduire le concept de centre de masse.
Nous pouvons supposer que toute la masse d'un objet est située en un seul point. Ce point est appelé centre de masse et son emplacement dépend de la façon dont la masse est répartie dans l'objet.
Essaie de manipuler un objet dans ta main et vois si tu peux déterminer son centre de masse. Cela t'aidera à acquérir l'intuition de ce concept.
Le centre de masse d'une sphère est situé en son centre géométrique. Chez une personne moyenne, il se situe légèrement en dessous du nombril.
La théorie de la gravité stipule que toute masse dans l'univers attire tout autre objet par une force invisible agissant le long de la direction de la ligne joignant les centres de masse des deux objets. La force entre les deux objets dépend de leur masse et de la distance entre leurs centres de masse.
Plus un objet est massif, plus la force d'attraction qu'il exerce sur d'autres objets massifs est importante. Nous ne voyons pas un tas de crayons sur une table sauter l'un vers l'autre car leur gravité est bien trop faible pour être remarquée puisque leur masse est si petite. En revanche, cet effet devient perceptible pour les objets très massifs comme les planètes de notre système solaire. Par exemple, la lune reste sur son orbite autour de la terre en raison de la force gravitationnelle qui s'exerce entre elles.
Examinons maintenant une autre force qui est très similaire à la gravité mais qui agit à une échelle beaucoup plus petite, c'est-à-dire à l'échelle subatomique.
Force nucléaire forte
La force nucléaire forte est une force subatomique qui maintient ensemble le noyau de chaque atome de l'univers.
Cette force est à la base de tous les éléments que nous voyons dans notre vie. Comme nous le savons, un atome est constitué d'un noyau où se concentre la majeure partie de sa masse et d'électrons qui gravitent autour du noyau. L'ampleur de la force forte doit être suffisante pour maintenir le noyau contre la force électromagnétique massive et répulsive entre les protons. Pour mettre sa force en perspective, l'ampleur de la force est \(6\times10^{39}\) fois plus forte que la force de gravité sur terre.
En fait, la force forte maintient les quarks ensemble sous forme d'amas qui forment des particules subatomiques plus familières comme les protons et les neutrons. Le quark est une particule fondamentale qui constitue la matière. Les quarks se combinent pour former des particules comme les neutrons et les protons. Les quarks sont de 6 types up, down, charm, strange, top et bottom.
Cependant, la force nucléaire forte ne peut agir qu'à de très petites distances, de l'ordre d'environ \(10^{-15}\mathrm m\). C'est aussi à peu près le diamètre du proton.
Force nucléaire faible
La force nucléaire faible est une interaction faible au niveau subatomique qui est responsable de la désintégration radioactive des noyaux.
Lesparticules bêta sont émises sous forme d'électrons qui se déplacent rapidement \(\mathrm e-\). Mais le noyau ne contient pas d'électrons. Alors d'où viennent-elles ? Les particules bêta sont créées lorsqu'un neutron se transforme en proton et en électron. Cet électron est alors émis par le noyau. La masse d'une particule \ (\mathrm\beta\) est relativement faible. Elle peut donc être représentée par le symbole suivant : \({}_{-1}^0\mathrm\beta\).
L'isotope du potassium se décompose en calcium en subissant un rayonnement bêta.
$${}_{19}^{40}\mathrm K\rightarrow{}_{20}^{40}\mathrm{Ca}\;+\;\mathrm e^{-1}$$
Nous pouvons voir que le nombre de masse est resté inchangé mais que le numéro atomique a augmenté en raison de la perte d'un électron.
La réaction nucléaire ci-dessus est possible grâce à la contrepartie plus faible de la force nucléaire forte. Cette force est très importante car c'est elle qui rend possible la réaction nucléaire dans le soleil. La fusion nucléaire qui alimente le soleil. La force faible est plus forte que la gravité mais n'est efficace que sur une distance de \(10^{-18};\mathrm m\), sa force est la plus proche de celle de la force électromagnétique. La force faible, ou interaction faible, est plus forte que la gravité, mais elle n'est efficace que sur de très courtes distances. Elle agit au niveau subatomique et joue un rôle crucial dans l'alimentation des étoiles et la création des éléments. Cela nous amène à la dernière des forces fondamentales, la force électromagnétique de la nature.
La force électromagnétique
La force électromagnétique est la force d'attraction et de répulsion que subissent les particules chargées, c'est-à-dire les particules qui ont la propriété d'être chargées.
La force électromagnétique est composée de deux éléments : l'élément électrique et l'élément magnétique. Prenons un exemple où nous pouvons voir cette force en action. La force électromagnétique est active sur une plage infinie.
Si tu suspends un aimant par un fil, il s'alignera de telle sorte qu'il pointera vers le pôle nord géographique. Cet effet est dû à la force électromagnétique.
T'es-tu déjà demandé comment fonctionne un électro-aimant ? Il fonctionne selon le principe de l'électromagnétisme. Un conducteur qui transporte du courant produit un champ magnétique autour de lui. Celui-ci magnétise la tête de l'électro-aimant, ce qui lui permet de porter des composants métalliques.
L'inverse se produit lorsqu'un champ magnétique interagit avec un fil, c'est-à-dire qu'il induit un courant.
La direction du champ magnétique produit peut être déterminée à l'aide de la règle de Fleming.
La règle stipule que si nous étirons le pouce, le majeur et l'index de la main gauche de telle manière qu'ils forment un angle de 90 degrés, le pouce pointera dans la direction de la force induite.Alors le pouce pointera dans la direction de la force induite \((F)\), le majeur pointera dans la direction du courant \((I)\) et l'index représentera la direction du champ magnétique \((B)\).
Un moyen facile de s'en souvenir est d'utiliser l'acronyme FIB, où les lettres signifient les propriétés définies ci-dessus. Les lettres représentent chacun des doigts en commençant par le pouce et en terminant par le majeur. Une autre loi qui peut nous aider à trouver le
La règle du pouce droit peut être utilisée conjointement avec la règle ci-dessus pour trouver les directions du courant ou du champ magnétique.
La règle stipule que si tu tiens un conducteur porteur de courant avec le pouce pointé dans la direction du flux de courant, alors la direction dans laquelle les doigts s'enroulent représentera le champ magnétique autour de lui.
Voyons maintenant un exemple où toutes ces forces fondamentales agissent.
Regarde l'exemple ci-dessus d'un enfant qui joue au basket-ball, le ballon frappe le sol en raison de la force de gravité qui agit sur les atomes du caoutchouc dont est fait le ballon. Ces atomes sont maintenus ensemble grâce à la force d'attraction nucléaire forte. L'interaction entre les molécules et les ions des matériaux qui ont servi à fabriquer le ballon est régie par la force électromagnétique.
Ceci nous amène à la fin de l'article. Passons maintenant en revue ce que nous avons appris jusqu'à présent. L'image ci-dessous donne un aperçu rapide des quatre forces fondamentales et de certaines de leurs propriétés. Le contenu de l'image va au-delà de ce que tu es censé connaître en physique au lycée, mais cela ne veut pas dire que tu ne le trouveras pas intéressant ou utile !
Vue d'ensemble des forces fondamentales dans la nature et comment elles se comparent les unes aux autres en ce qui concerne la force et la portée, Hyper Physics
Physique des forces de la nature - Principaux enseignements
- Tous les phénomènes de cet univers peuvent être expliqués par les quatre forces fondamentales.
- Il s'agit de la force gravitationnelle, de la force nucléaire faible, de la force nucléaire forte et de la force électromagnétique.
- Laforce gravitationnelle de la nature est uneforce sans contact d'attraction entre deux corps ayant une masse.
- La force nucléaire forte est une force subatomique qui maintient ensemble le noyau de chaque atome de l'univers.
- l'univers.
- La force nucléaire faible est une interaction faible au niveau subatomique qui est responsable de la désintégration radioactive des noyaux.
- La force électromagnétique de la nature est une force d'attraction et de répulsion entre les charges.
- La force fondamentale la plus forte est la force nucléaire forte. La force fondamentale la plus faible est la force gravitationnelle de la nature.
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