Fondamentaux

Les forces fondamentales en physique

Ces quatre forces sont séparées en raison de leurs différences d'intensité, de ce qui peut interagir avec elles et de l'étendue de la portée qu'elles peuvent avoir.

Force gravitationnelle

La première de ces forces est la force gravitationnelle. C'est une force qui n'affecte que les corps qui possèdent une masse, ce qui les amène à exercer une force sur tous les autres corps qui possèdent également une masse. La force gravitationnelle est toujours attractive, c'est-à-dire que tous les objets ayant une masse auront tendance à se rapprocher les uns des autres. Par exemple, la masse de la Terre affecte la Lune, la faisant orbiter autour de nous, mais la masse de la Lune affecte également la Terre, modifiant les marées et provoquant des vagues. La Terre affecte beaucoup plus la Lune en raison de l'énorme différence de masse.

Image de la Terre montrant la direction dans laquelle les forces gravitationnelles agissent sur elle. Wikimedia Commons

Force électromagnétique

La force électromagnétique est ce qui affecte toutes les charges électriques, la nature de leur attraction et de leur répulsion mutuelle, et la raison pour laquelle une charge électrique est capable de former un champ magnétique dans les bonnes conditions. La force électromagnétique est beaucoup plus puissante que la force gravitationnelle, mais elle agit à une échelle beaucoup plus petite.

Une force puissante

La force forte est plus compliquée, dans la mesure où elle agit exclusivement entre les particules au niveau atomique. Encore plus petits que les atomes, les éléments qui les composent sont connus sous le nom de particules subatomiques telles que les protons et les neutrons, et encore plus petits sont les quarks, les éléments de base qui composent tout. Ces quarks sont maintenus ensemble par la force forte, qui à son tour a ses propres forces qui aident à maintenir ensemble les protons et les neutrons qui composent les atomes.

Exemple de noyau avec des flèches montrant la direction dans laquelle la force forte agit pour lier les protons et les neutrons ensemble. Wikimedia Commons

La force faible

La force faible est encore plus compliquée puisqu'elle est présente dans la radioactivité, notamment lors de sa désintégration, mais aussi dans ces processus radioactifs présents dans le soleil.

Lois fondamentales de la physique

Dans l'univers, il existe des règles auxquelles tous les objets doivent obéir, quoi qu'il arrive, ce sont les règles de la réalité. Ces concepts font partie des lois les plus vitales qui nous affectent au quotidien.

Les lois du mouvement

Les trois lois du mouvement expliquent comment les corps peuvent se déplacer dans cet univers, ainsi que la façon dont leur mouvement est régi par des forces extérieures, et comment un corps se déplacera en réaction à ces forces. Ces lois sont attribuées à Isaac Newton et sont également connues sous le nom de lois du mouvement de Newton.

1. La première loi du mouvement est la loi de l'inertie, qui stipule que si un corps ou un objet n'a aucune force agissant sur lui à un moment donné, il restera en mouvement s'il est en mouvement, ou il restera au repos s'il est au repos.

2. La deuxième loi du mouvement stipule que si une force résultante agit sur un objet, elle est le produit de la masse et de l'accélération, exprimée par \(F=ma\).

3. La troisième et dernière loi du mouvement stipule que si le corps A exerce une force sur le corps B, le corps B produira à son tour une force égale en magnitude mais opposée en direction sur le corps A.

La loi de l'électromagnétisme

L'électromagnétisme affecte notre vie de différentes façons, mais à la base, il décrit comment les courants électriques et les champs magnétiques sont liés. Lorsqu'un courant électrique circule, il produit à son tour un champ magnétique. La force de ce champ magnétique dépend de l'intensité du courant et du nombre de boucles dans la bobine du fil que le courant électrique traverse.

La caractéristique la plus importante de l'électromagnétisme dans notre vie est sa contribution à la création du champ magnétique terrestre ou magnétosphère. Grâce au courant électrique qui traverse le fer fondu dans le noyau de la Terre, un champ magnétique massif est généré autour de la planète entière, s'étendant loin dans l'atmosphère. Ce champ magnétique nous protège de nombreux éléments nocifs qui se produisent dans l'espace, le plus souvent des radiations émises par notre propre soleil. Sans cette protection, la chaleur dégagée par ces radiations rendrait la planète invivable.

Les lois de la thermodynamique

L'ensemble du domaine de la thermodynamique s'articule autour de quatre lois, qui décrivent toutes d'une manière ou d'une autre comment l'énergie et la température se comportent et interagissent l'une avec l'autre.

1. La première loi de la thermodynamique est simple : elle stipule que l'énergie ne peut jamais être créée ou détruite. Seule la conversion de l'énergie en une autre forme d'énergie est possible.

2. La deuxième loi stipule que si une conversion d'énergie se produit impliquant de l'énergie thermique, cette conversion sera irréversible et tendra toujours vers une forme plus désorganisée. C'est ce que l'on appelle l'entropie.

3. La troisième loi stipule que l'entropie mentionnée précédemment dans un système qui implique la conversion de l'énergie thermique atteindra une valeur constante éventuelle lorsque la température de ce système atteindra le 0 absolu, également connu sous le nom de -459,67 degrés Fahrenheit.

Il existe une autre loi connue sous le nom de loi zéro de la thermodynamique. Cette loi nous montre qu'un système cherchera toujours à atteindre l'équilibre thermique, c'est-à-dire l'état dans lequel tout ce qui se trouve dans le système est à la même température.

La loi de la relativité

La relativité générale est un sujet très compliqué que nous pourrions aborder en détail, mais nous le décrirons ici de manière basique, en ne couvrant que les aspects fondamentaux du concept.

La relativité générale décrit comment la matière et l'énergie donnent naissance à la gravité. Il s'agit essentiellement de l'étude de l'espace et du temps à grande échelle. Elle explore le concept d'un soi-disant espace-temps qui peut être plié et courbé par la matière et constitue la base de la cosmologie moderne.

La théorie de la relativité générale a été élaborée à partir de la théorie de la relativité restreinte, qui décrit comment les quantités physiques peuvent être mesurées différemment par des observateurs en mouvement relatif.

Équations fondamentales de la physique

Si tu t'y connais en physique, tu sais que tout sujet implique généralement des équations. Des milliers et des milliers d'équations, mais beaucoup moins que cela peuvent être considérées comme fondamentales. Voici quelques exemples d'équations fondamentales :

Vitesse

La vitesse est le temps qu'il faut à un objet pour parcourir une distance donnée. La vitesse est calculée par :

\(v=\frac{d}{t}\),

où \(v\) est la vitesse, \(d\) est la distance, et \(t\) représente le temps.

Accélération

L'accélération est le taux de variation de la vitesse, c'est-à-dire la vitesse à laquelle quelque chose augmente ou diminue. L'accélération se calcule comme suit :

\(a=\frac{v-u}{t}\),

où \(a\) est l'accélération, \(v\) est la vitesse finale, \(u\) est la vitesse initiale, et \(t\) est le temps.

Le poids

Le poids est la force appliquée aux corps de masse par la gravité. Il se calcule comme suit :

\N(W=mg\N),

où \(W\) est le poids, \(m\) est la masse, et \(g\) est l'accélération due à la gravité.

Loi d'Ohms

La loi d'Ohms décrit la relation entre la tension (différence de potentiel), le courant et la résistance. L'équation est la suivante :

\(V=IR\),

Où \(V\) est la tension, \(I\) est le courant, et \(R\) est la résistance.

Fréquence

La fréquence est le nombre de cycles d'ondes complets qui peuvent se produire au cours d'une seconde. La fréquence est calculée par :

\(f=\frac{v}{\lambda}\)

Où \(f\) est la fréquence, \(v\) est la vitesse de l'onde, et \(\lambda\) est la longueur d'onde de l'onde.

Unités fondamentales en physique

Lorsqu'on pense aux unités les plus importantes dans le domaine de la physique, la première chose qui vient à l'esprit est le Système international d'unités, ou unités SI en abrégé. Ces sept unités sont les principales unités utilisées pour leurs mesures respectives, et toutes les autres unités peuvent être écrites comme une combinaison de ces unités. Les unités sont :

• Le \(\mathrm{mètre}\) est l'unité SI du \(\mathrm{longueur}\), avec le symbole \(\mathrm{m}\).
• Le \(\mathrm{kilogramme}\) est l'unité SI de \(\mathrm{masse}\), avec le symbole \(\mathrm{kg}\).
• Le \(\mathrm{seconde}\) est l'unité SI de \(\mathrm{temps}\), avec le symbole \(\mathrm{s}\).
• Le \(\mathrm{ampère}\) est l'unité SI de \(\mathrm{courant électrique}\), avec le symbole \(\mathrm{A}\).
• Le \(\mathrm{kelvin}\) est l'unité SI de \(\mathrm{température}\), avec le symbole \(\mathrm{K}\).
• L'\(\mathrm{mole}\) est l'unité SI de l'\(\mathrm{quantité de substance}\), avec le symbole \(\mathrm{mol}\).
• Le \(\mathrm{candela}\) est le symbole SI du \(\mathrm{lumière{:intensité}\), avec le symbole \(\mathrm{cd}\).