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Un peigne peut attirer l'eau après l'avoir passé dans tes cheveux. StudySmarter Originals
As-tu été surpris ? Cela se produit parce que deux objets peuvent interagir sans se toucher, ce qui entraîne une tendance à se rapprocher - attraction - ou à s'éloigner l'un de l'autre - répulsion. Nous observons ce comportement dans les corps chargés et les aimants. Dans cet article, nous allons explorer ce fonctionnement plus en détail pour comprendre quand les forces électriques et magnétiques sont attractives ou répulsives et comment nous pouvons calculer la force électrique.
Signification de l'attraction et de la répulsion en physique
Comme nous l'avons déjà mentionné en physique, il existe un type spécial de force appelé forces sans contact.
Lesforces sans contact sont des interactions qui peuvent affecter le mouvement d'un corps sans qu'il soit nécessaire de le toucher.
La gravité, les forces électrostatiques et magnétiques sont des exemples de forces sans contact.
Les forces sans contact peuvent être attractives ou répulsives.
Une force est attractive si les objets qui interagissent exercent une attraction l'un sur l'autre, créant ainsi une tendance à se rapprocher. En revanche, une force est répulsive si les objets qui interagissent se repoussent l'un l'autre.
Attraction et répulsion des charges
Une force électrostatique est une interaction qui se produit entre des particules chargées.
Il existe deux types de charges : les charges positives et les charges négatives. Si deux objets ont le même type de charge, la force électrostatique entre eux sera répulsive .Cela signifie que si un objet chargé positivement s'approche d'un autre, ils se repousseront tous les deux. Il en va de même pour deux objets chargés négativement.
Les objets ayant les mêmes charges ressentent une force répulsive, StudySmarter Originals.
En revanche, les charges opposées s'attirent. Ainsi, lorsqu'un objet chargé positivement se trouve à proximité d'un objet chargé négativement, ils se tirent l'un vers l'autre et ont tendance à se rapprocher.
Les objets de charges opposées ressentent une force d'attraction, StudySmarter Originals
Loi de l'attraction et de la répulsion des forces électrostatiques
En 1785, Charles-Augustin de Coulomb, a mesuré l'ampleur des forces électrostatiques entre les objets chargés à l'aide d'une balance de torsion qu'il a inventée. Il a utilisé une aiguille munie d'un disque en laiton à une extrémité et d'un contrepoids à l'autre. L'aiguille était suspendue par une fibre afin qu'elle puisse tourner. Il a ensuite chargé une sphère métallique et le disque de laiton avec le même type de charge et a mesuré la distance à laquelle ils se repoussaient l'un l'autre à l'aide d'une échelle fixée à la partie extérieure de l'appareil.
Après avoir répété ce processus pour différentes quantités de charges, il a pu trouver une formule pour quantifier la force des forces électrostatiques. Cette formule est maintenant connue sous le nom de loi de Coulomb et dépend de la charge des objets et de la distance qui les sépare.
Dans cette formule, la forceest mesurée en newtons,est la charge du premier objet en coulombsde même,est la valeur de la charge du deuxième objet, etest la distance qui les sépare, mesurée en mètres. La constanteest appelée constante de la loi de Coulomb et dépend du milieu dans lequel se trouvent les objets chargés. Par exemple, si les objets sont dans le vide, la valeur deest d'environ.
Attraction et répulsion entre aimants
Un aimant est un objet ou un matériau qui produit un champ magnétique.
Quelle que soit sa forme, chaque aimant possède deux pôles appelés pôle nord (N) et pôle sud (S). Comme dans le cas des charges électriques, les pôles magnétiques opposés s'attirent.
Les pôles opposés de deux aimants ressentent une force d'attraction, StudySmarter Originals
Par ailleurs, les mêmes pôles magnétiques se repoussent.
Les mêmes pôles de deux aimants ressentent une force répulsive, StudySmarter Originals
La Terre est comme un aimant géant, mais son pôle nord géographique est en fait un pôle sud magnétique. De même, le pôle sud géographique est un pôle nord magnétique. Pour cette raison, un aimant qui se déplace librement - l'aiguille d'une boussole, par exemple - alignera toujours son pôle nord magnétique sur le pôle nord géographique de la Terre, et le pôle sud de l'aimant s'alignera sur le pôle sud géographique de la Terre. C'est pourquoi les pôles des aimants sont appelés ainsi.
Les aimants fonctionnent grâce aux forces magnétiques qui se produisent dans les atomes formant des zones magnétiques dans le matériau qui agissent comme de minuscules aimants eux-mêmes. En général, ces zones sont alignées de façon aléatoire. Cependant, il existe un type spécial de matériau appelé ferromagnétique. Ils ont la propriété d'aligner facilement leurs zones magnétiques lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique externe, et ils conservent cet alignement après la disparition du champ magnétique, devenant eux-mêmes des aimants ! Un objet qui génère un champ magnétique grâce à sa structure interne est appelé un aimant permanent.
Les matériaux ferromagnétiques sont fortement attirés par les aimants. Le fer, le cobalt et le nickel en sont des exemples.
Exemples d'attraction et de répulsion
Maintenant que nous comprenons comment fonctionnent les forces électrostatiques et magnétiques, nous allons explorer quelques exemples quotidiens où nous pouvons observer les forces d'attraction et de répulsion en action.
Exemples d'attraction et de répulsion : Les forces électrostatiques
L'électricité statique est un exemple très courant. Tu peux charger négativement un ballon en le frottant contre tes cheveux. Lors du frottement, de nombreux électrons "sautent" des cheveux au ballon. Les cheveux sont donc chargés positivement en raison du manque d'électrons, et comme le ballon a gagné ces électrons, il est maintenant chargé négativement.
Un ballon peut être chargé négativement en le frottant contre tes cheveux, StudySmarter Originals
Le ballon est maintenant attiré par les cheveux chargés positivement. La force électrique peut être observée à distance lorsque le ballon est rapproché des cheveux - les cheveux sont attirés vers la surface du ballon. Le cheveu et le ballon sont attirés l'un par l'autre.
Le ballon attire les cheveux chargés positivement, StudySmarter Originals
De même, si deux ballons sont frottés contre des cheveux, ils sont tous les deux chargés négativement. Si on les rapproche, ils se repoussent l'un l'autre.
Deux ballons chargés négativement se repoussent, StudySmarter Originals
Comme tu l'as peut-être déduit, c'est la même raison pour laquelle le peigne attire le jet d'eau après que tu l'aies passé dans tes cheveux : il obtient une charge électrostatique !
Exemples d'attraction et de répulsion : Les forces magnétiques
Comme nous l'avons expliqué précédemment, tu peux voir l'attraction et la répulsion dues aux forces magnétiques lorsque tu joues avec deux aimants. Cependant, si tu n'as qu'un seul aimant, tu peux quand même constater que celui-ci attire certains métaux. Enparticulier, le fer, le cobalt et le nickel sont fortement attirés par les aimants car ils sont ferromagnétiques.
Un champ magnétique peut être généré par un courant circulant dans un conducteur. Le conducteur se comportera alors comme un aimant. En bouclant un fil sur un noyau métallique et en le reliant à une pile, nous créons un électro-aimant. L'extrémité connectée à la borne positive de la pile agira comme le pôle sud de l'aimant, et l'extrémité connectée à la borne négative se comportera comme le pôle nord.
Un courant circulant dans un fil peut le transformer en électro-aimant, StudySmarter Originals
Attraction et répulsion - Points clés à retenir
- L'attraction et la répulsion sont des caractéristiques des forces sans contact telles que les forces électrostatiques et magnétiques.
- Les forces sans contact sont des interactions qui peuvent affecter le mouvement d'un corps sans qu'il soit nécessaire de le toucher. Les forces électriques et magnétiques sont des exemples de forces sans contact.
- Les objets ayant des charges opposées subissent une force électrostatique attractive, qui les attire l'un vers l'autre.
- Les objets ayant la même charge subissent une force électrostatique répulsive, qui les éloigne l'un de l'autre.
- Les pôles semblables de deux aimants subissent une force magnétique attractive, qui les attire l'un vers l'autre.
- Lespôles opposés de deux aimants subissent une force magnétique répulsive, les éloignant l'un de l'autre.
- La loi de Coulomb stipule que la force exercée entre deux objets chargés, qu'il s'agisse d'une force d'attraction ou de répulsion, peut être déterminée par la charge des deux objets, la distance qui les sépare et le milieu dans lequel se trouvent les charges.
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Questions fréquemment posées en Attraction et répulsion
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