Forces gravitationnelles et électriques

Quatre interactions fondamentales se produisent constamment autour de nous, à chaque instant, dans tout l'univers. Dans cet article, nousallonsexplorer les définitions et les exemples de deux des quatre forces fondamentales : la force gravitationnelle et la force électrique.

C'est parti

Des millions de fiches spécialement conçues pour étudier facilement

Inscris-toi gratuitement
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

À quel type de loi la distance des forces gravitationnelles et électriques obéit-elle ?

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Quelle est l'unité SI pour la charge ?

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Vrai ou faux : la force gravitationnelle peut être à la fois attractive et répulsive.

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Vrai ou faux : la force électrique peut être à la fois attractive et répulsive.

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Si nous augmentons la distance entre deux charges d'un facteur 4, la force électrique est ... d'un facteur ...

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Si nous diminuons la distance entre deux masses d'un facteur 2, la force gravitationnelle est ... d'un facteur ... .

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Quel est le rapport entre la force de gravité et la masse ?

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Vrai ou faux : la force gravitationnelle d'un satellite en orbite autour de la Terre est égale en magnitude à la force de la Terre sur le satellite.

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Quelle est la plage de distance pour les forces gravitationnelles et électriques ?

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

La force électrostatique signifie que les charges sont ... .

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Le travail total effectué lorsqu'une force gravitationnelle est exercée entre deux objets...

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

À quel type de loi la distance des forces gravitationnelles et électriques obéit-elle ?

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Quelle est l'unité SI pour la charge ?

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Vrai ou faux : la force gravitationnelle peut être à la fois attractive et répulsive.

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Vrai ou faux : la force électrique peut être à la fois attractive et répulsive.

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Si nous augmentons la distance entre deux charges d'un facteur 4, la force électrique est ... d'un facteur ...

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Si nous diminuons la distance entre deux masses d'un facteur 2, la force gravitationnelle est ... d'un facteur ... .

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Quel est le rapport entre la force de gravité et la masse ?

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Vrai ou faux : la force gravitationnelle d'un satellite en orbite autour de la Terre est égale en magnitude à la force de la Terre sur le satellite.

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Quelle est la plage de distance pour les forces gravitationnelles et électriques ?

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

La force électrostatique signifie que les charges sont ... .

Afficer la réponse
  • + Add tag
  • Immunology
  • Cell Biology
  • Mo

Le travail total effectué lorsqu'une force gravitationnelle est exercée entre deux objets...

Afficer la réponse

Review generated flashcards

Inscris-toi gratuitement
Tu as atteint la limite quotidienne de l'IA

Commence à apprendre ou crée tes propres flashcards d'IA

Équipe éditoriale StudySmarter

Équipe enseignants Forces gravitationnelles et électriques

  • Temps de lecture: 14 minutes
  • Vérifié par l'équipe éditoriale StudySmarter
Sauvegarder l'explication Sauvegarder l'explication
Tables des matières
Tables des matières

Sauter à un chapitre clé

    Que sont les forces gravitationnelle et électrique ?

    Les deux interactions les plus familières qui régissent l'univers tel que nous le connaissons sont laforce gravitationnelle et laforce électrique .

    La force gravitationnelle et la force électrique sont deux des quatre interactions physiques fondamentales que connaissent les masses dans l'univers. Ces forces influencent le mouvement, le comportement et la structure des particules à différentes échelles.

    Savoir pourquoi ces deux forces sont si fondamentales te permettra de mieux comprendre de nombreux autres sujets de physique -plongeonsdans les détails de ces forces.

    Définition de la force gravitationnelle

    La force gravitationnelle est probablement la force que tu connais le mieux : elle maintient tous les objets à la surface de la Terre au sol, accélère le téléphone que tu as laissé tomber par terre et maintient ensemble tous les corps en orbite dans notre système solaire. C'estaussi la force la plus faible.

    La force gravitationnelle est l'explication classique de l'attraction de toutes les masses entre elles dans l'univers, à des distances infinies.

    L'interaction gravitationnelle est toujours attractive, elle attire les masses l'une vers l'autre. Pourquoi ? La gravité n'apasde composante positive ou négative comme les charges des protons, des électrons et des autres particules. Comme la masse elle-même est toujours positive, la force gravitationnelle attire toujours. Si la masse pouvait avoir une valeur négative, nous verrions des champs gravitationnels qui repousseraient d'autres masses, mais un univers avec ces lois pourrait ne pas être un univers dans lequel nous pourrions survivre !

    Tu as probablement déjà entendu le terme "champ gravitationnel" et tu t'es demandé en quoi il différait de la définition de la force gravitationnelle. Les champs gravitationnels sont un autre terme que tu rencontreras tout au long de ton étude des forces fondamentales.

    Un champ gravitationnel est un champ de vecteurs autour d'une masse qui décrit la magnitude et la direction de la gravitation si nous placions une très petite masse quelque part dans ce champ.

    Maintenant que nous avons approfondinotre compréhension de la force gravitationnelle,plongeons-nous dans la célèbre équation qui régit cette interaction fondamentale.

    L'équation de la force gravitationnelle

    Laloi de la gravitation universelle de Newton, l'équation de la force gravitationnelle exercée entre deux objets de masse, s'écrit comme suit :

    Fg=Gm1m2r2,

    m1etm2sont les masses de deux objets,rest la distance entre les deux masses, etGest la constante gravitationnelle universelle,G=6.674·10-11 m3kg s2. La constante gravitationnelle est une constante de proportionnalité pour toutes les forces et champs gravitationnels dans l'univers.

    Dans tes études, tu verras peut-être aussi la variable d utilisée à la place de r. Les deux font référence à la distance, mais r indique clairement quenousmesurons la distance entre les centres de deux sources de masse ponctuelles (ou approximativement ponctuelles).

    La force gravitationnelle est de même ampleur pour lesdeux objets -les deux objets s'attirent l'un l'autre par gravitation . Si l'on prend comme exemple la masse de la Terre et la masse de ton propre corps, la force que tu exerces sur la planète est égale à la force que la planète exerce sur toi !

    Forces gravitationnelles et électriques Deux masses de tailles différentes s'attirent gravitationnellement avec une force égale StudySmarter

    L'attraction universelle de toutes les masses signifie que deux objets de n'importe quelle taille s'attireront avec une force égale en magnitude, Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0.

    Lorsqu'une force gravitationnelle est exercée sur un objet, l'énergie et le travail sont conservés, ce qui signifie que l'énergie ne peut pas être créée ou détruite à cause de la gravité. Si un téléphone tombe du toit d'un immeuble, la force de gravité accélère le téléphone vers le bas et l'énergie potentielle est convertie en énergie cinétique.

    Comprendre la force de gravité

    Nous savons que l'attraction gravitationnelleest une propriété de toute masse. Qu'y a-t-il d'autre à savoir ? Une chose qui pourrait t'intriguer est la différence entre la théorie classique de la gravité et les théories modernes.

    Les théories classiques de la gravité expliquent l'accélération des objets sur Terre depuis des centaines d'années. Galilée, Newton, Huygens et d'autres scientifiques se sont interrogés sur la raison pour laquelle les objets accéléraient vers le sol après avoir été lâchés, et ont imaginé une force à l'origine de ce comportement. Les travaux d'Einstein ont montré que la gravité n'était peut-être pas une force. Au lieu de cela, la théorie de la relativité générale explique que la masse courbe l'espace-temps lui-même. Et plus récemment encore, les chercheurs sont activement à la recherche d'une particule qui pourrait expliquer la gravité au niveau quantique.

    Alors pourquoi devrions-nous encore nous intéresser à la théorie classique de la gravité ? Les théories plus récentes ne signifient pas que la description de la gravité comme une force d'attraction est complètement inexacte. Les théories modernes sont particulièrement utiles lorsqu'il s'agit d'objets supermassifs comme les trous noirs ou d'objets se déplaçant à grande vitesse, mais la loi originale de la gravitation universelle de Newton reste un outil utile pour expliquer l'attraction gravitationnelle sur Terre et au sein de notre système solaire. Bien que la relativité générale soit au-delà de l'AP Physique 1, il est utile de connaître les différentes théories que nous utilisons pour expliquer notre univers !

    La force électrique Définition

    La forceélectrique, également appelée force électrostatique pour les systèmes au repos, est une force entre deux charges.

    La force électrique ou électrostatique est l'interaction entre des particules chargées, telles que les électrons et les protons au repos, par laquelle elles peuvent être attirées ou repoussées l'une par l'autre.

    Les charges électriques sont une propriété physique des particules. Les atomes, qui sont composés d'électrons, de protons et de neutrons, peuvent être chargés négativement ou positivement si les électrons et les protons ne sont pas équilibrés.

    Ces interactions entre particules chargées sont généralement trop minuscules pour que nous puissions les observer avec nos seuls yeux, mais de nombreux phénomènes physiquesquenous connaissons à l'échelle macroscopique sont dus à ces forces qui agissent à l'échelle atomique et subatomique. À l'échelle atomique et subatomique, la force électrique domine la force gravitationnelle, ce qui signifie que la force de gravité entre les particules peut être ignorée.

    Tout comme la force gravitationnelle, les forces électriques ont également une composante de champ. En effet, les particules chargées ont un champ électrique qui les entoure.

    Un champ électrique est un champ vectoriel qui décrit ce que seraient l'ampleur et la direction d'une force électrique si nous placions une charge quelque part dans ce champ.

    Les champs électriques peuvent se présenter sous différentes formes. Tu dois surtout te rappeler que, contrairement à la force gravitationnelle, les interactions électriques peuvent être attractives ou répulsives, selon les signes des charges impliquées. Examinons un exemple de lignes de champ entre une charge positive et une charge négative.

    Forces gravitationnelles et électriques Lignes de champ entre une charge positive et une charge négative qui s'attirent l'une l'autre StudySmarterLignes de champ entre une charge ponctuelle positive et une charge ponctuelle négative, Wikimedia Commons CC BY-SA 3.0

    Qu'entendons-nous ici par "uniquement des forces électriques au repos" ? Lorsque nous ajoutons des charges en mouvement à l'image, nous introduisons également des champs et des forces magnétiques. Le magnétisme résulte de charges en mouvement, c'est pourquoi l'électricité et le magnétisme sont souvent abordés ensemble comme un seul et même concept. Si tuescurieux d'en savoir plus, consulte l'article sur les forces fondamentales ou apprends-en davantage dans AP Physics 2 !

    Voyonsmaintenant la loi et l'équation qui sous-tendent la force électrique.

    L'équation de la force électrique

    L'équation dela force électrique est communément appeléeloi de Coulomb. Cette équation s'écrit comme suit :

    FE=kq1q2r2,

    kest la constante de Coulomb avec une valeur dek=8.987·109 N m2C2,q1etq2sont les quantités et les signes de deux charges, etrest la distance entre les deux charges. Cesqcharges sont mesurées en coulombs, une unité de charge électrique.Laloi de Coulomb nous donnera une réponse finale en unités de newtons.

    Un coulomb est une unité de charge électrique dérivée du courant et du temps, représentée par le symboleC.

    1 Coloumb = 1 Ampere · 1 second

    Examinonslaloi de Coulomb pour deux charges identiques et deux charges différentes dans la figure suivante. Nous voyons ici que deux charges positives (ou deux charges négatives) se repoussent, tandis qu'une charge positive et une charge négative s'attirent.

    Forces gravitationnelles et électriques Force de répulsion de deux charges positives et force d'attraction de deux charges différentes StudySmarterLa force électrique entre deux particules chargées situées à une distance r peut être calculée à l'aide delaloi de Coulomb, Wikimedia Commons CC BY-3.0.

    Si nous voulons simplement connaître l'ampleur de la force électrique, nous pouvons prendre la valeur absolue du produit des deux charges, comme nous l'avons vu dans la figure précédente. C'est utile si l'on veut connaître l'intensité de la force exercée entre deux charges sans se soucier de la direction.

    Principales caractéristiques de la force électrique et de la force gravitationnelle

    Nous avons appris que, tout comme la force gravitationnelle, la force électrique entre deux particules est attractive - cependant, cela n'est vrai que pour deux particules de charges opposées. Nous constatons ici une divergence dans les similitudes avec la force de gravité. Lorsque deux charges sont identiques, la force électrique se repousse plutôt.

    Tu te demandes peut-être à quoi ressemble la force électrique en action, alorspassonsen revue un exemple du monde réel.

    T'est-il déjà arrivé d'ouvrir une porte et de ressentir une décharge d'électricité statique en touchant la poignée de la porte ? Ce phénomène se produit lorsque tuasaccumulé des électrons supplémentaires. Tu as peut-être traîné les pieds dans une pièce recouverte de moquette, ou tes vêtements sortent tout juste du sèche-linge. En frottant ces matériaux isolants l'un contre l'autre, ton corps accumule une charge, et le fait de toucher cette poignée de porte en métal décharge la charge supplémentaire que tu as accumulée !

    Pour résumer jusqu'ici, voici les caractéristiques les plus importantes à retenir au sujet de la force électrique.

    • La force électrique agit entre les particules chargées à l'échelle atomique et subatomique.
    • On l'appelle aussi force électrostatique lorsque les charges sont au repos.Laloi de Coulomb est la loi physique et l'équation de la force électrostatique.
    • Elle domine la force gravitationnelle à des échelles minuscules, de la taille d'un atome ou plus petite.
    • La force électrique est attractive si deux charges sont différentes et répulsive si deux charges sont identiques.
    • La force électrostatique est directement proportionnelle au produit des deux charges et inversement proportionnelle à la distance entre les deux charges.

    Tuenapprendras plus sur les forces électriques et magnétiques dans AP Physics 2 - pour l'instant, le point le plus important à retenir est que la force exercée entre deux charges est égale en magnitude, et que la force est inversement proportionnelle au carré de la distance.

    Avant de comparer ces deux interactions fondamentales, résumons ce que nous avons appris sur la gravité. Souviens-toi de ces caractéristiques clés de la force gravitationnelle.

    • La force gravitationnelle est la plus faible des quatre forces fondamentales.
    • La gravitation est toujours attractive et agit sur les centres des objets ou le centre de masse entre plusieurs objets.
    • La force de gravitation est inversement liée au carré de la distance entre deux objets. Elleestaussi directement liée à la masse totale de deux objets.
    • L'énergie totale et le travail dus à la force de gravité sont conservés - l'énergie potentielle provenant de la hauteur d'un objet est convertie en énergie cinétique.
    • La gravité agit sur de longues distances, considérablement plus longues que l'échelle de la force électrique.

    Comparaisons des forces gravitationnelle et électrique

    Si tuasprêté attention aux caractéristiques de la force gravitationnelle et de la force électrique, tu as peut-être remarqué des similitudes entre ces lois !Voiciun tableau pratique des similitudes et des différences que tudoisretenir entre les deux.

    Qualité

    Gravitationnelle, électrique ou les deux ?

    Une force fondamentale de la physique

    Les deux

    Obéit à une loi de l'inverse du carré pour la distance

    Les deux

    Agit sur des distances infinies

    Les deux

    Force d'attraction

    Les deux

    Force de répulsion

    Électrique

    Dépend de la charge

    Électrique

    Domine sur les courtes distances

    Électrique

    Les forces ou les champs peuvent être annulés

    Électrique

    Dépend de la masse

    Gravitationnelle

    Domine sur de très longues distances

    Gravitationnelle

    Exemples de force gravitationnelle et de force électrique

    Prenonsun exemple pour voir à quoi ressemble l'utilisation de l'équation de la force gravitationnelle dans un problème de physique.

    Un satellite en orbite autour de la Terre à une distance der=4.20·104 kmdu centre delaplanète a une masse de2.35·103 kg. En utilisant la valeurm=5.97·1024 kgpour la masse de la Terre, trouve la force gravitationnelle exercée entre le satellite et la Terre.

    Cette question fait appel àlaloi de la gravitation universelle de Newton. Insère nos valeurs - et n'oubliepasque nous devons remplacer les kilomètres par des mètres !

    Fg=Gm1m2r2Fg=6.67·10-11 m3kg s2·(5.97·1024 kg)(2.35·103 kg)(4.20·107 m)2Fg=5.31 ·102 N

    La force gravitationnelle entre ces deux corps est de531 N.

    Maintenant que tuasvu l'équation de la force gravitationnelle en action,faisonsun exemple en utilisant l'équation de la force électrique.

    Disons que nous avons deux charges situées18.0 cméloignées l'une de l'autre. La charge 1 a une valeur de24.0 μC(micro-coulombs), et la charge 2 a une valeur de-11.0 μC. Quelle est la force électrique que la charge 1 exerce sur la charge 2 ? Cette force est-elle attractive ou répulsive ?

    Insère les valeurs connues dans l'équation de la force électrique et résous-la. N'oublie pas de convertir les micro-coulombs en coulombs et les centimètres en mètres !

    FE=kq1q2r2FE=8.99·109 N m2C2·(2.40·10-5 C)(-1.10·10-5 C)(0.180 m)2FE=-73.3 N

    Le signe de la réponse finale est négatif, ce qui signifie que la force exercée est attractive et qu'elle rapproche les deux charges.

    Ces lois se ressemblent beaucoup dans les problèmes de physique comme les deux exemples précédents. Au fur et à mesure que tu en apprendras plus sur les forces fondamentales,turencontreras des problèmes de résolution pour différentes valeurs inconnues.

    Forces gravitationnelles et électriques - Principaux enseignements

    • Les forces gravitationnelles et électriques sont toutes deux des forces fondamentales de la physique, qui régissent une grande partie de la structure physique et du comportement de notre univers.
    • La force gravitationnelle attire toutes les masses les unes vers les autres.
    • La force électrique peut être attractive ou répulsive entre deux charges, les charges similaires se repoussant et les charges opposées s'attirant.
    • La force gravitationnelle et la force électrique agissent toutes deux à une distance infinie, mais leur intensité diminue avec l'augmentation de la distance en raison des lois de l'inverse du carré de la distance.
    Questions fréquemment posées en Forces gravitationnelles et électriques
    Qu'est-ce que la force gravitationnelle?
    La force gravitationnelle est une attraction mutuelle entre deux masses. Elle dépend des masses et de la distance entre elles.
    Comment fonctionne la force électrique?
    La force électrique attire ou repousse deux charges en fonction de leurs signes. Les charges opposées s'attirent et les charges identiques se repoussent.
    Quelle est la différence entre force gravitationnelle et force électrique?
    La force gravitationnelle agit entre des masses, tandis que la force électrique agit entre des charges. De plus, la force électrique peut être attractive ou répulsive.
    Quel est le rôle de la constante gravitationnelle?
    La constante gravitationnelle (G) quantifie l’intensité de la force gravitationnelle. Elle est une constante universelle dans le calcul de cette force.
    Sauvegarder l'explication

    Teste tes connaissances avec des questions à choix multiples

    À quel type de loi la distance des forces gravitationnelles et électriques obéit-elle ?

    Quelle est l'unité SI pour la charge ?

    Vrai ou faux : la force gravitationnelle peut être à la fois attractive et répulsive.

    Suivant

    Découvre des matériels d'apprentissage avec l'application gratuite StudySmarter

    Lance-toi dans tes études
    1
    À propos de StudySmarter

    StudySmarter est une entreprise de technologie éducative mondialement reconnue, offrant une plateforme d'apprentissage holistique conçue pour les étudiants de tous âges et de tous niveaux éducatifs. Notre plateforme fournit un soutien à l'apprentissage pour une large gamme de sujets, y compris les STEM, les sciences sociales et les langues, et aide également les étudiants à réussir divers tests et examens dans le monde entier, tels que le GCSE, le A Level, le SAT, l'ACT, l'Abitur, et plus encore. Nous proposons une bibliothèque étendue de matériels d'apprentissage, y compris des flashcards interactives, des solutions de manuels scolaires complètes et des explications détaillées. La technologie de pointe et les outils que nous fournissons aident les étudiants à créer leurs propres matériels d'apprentissage. Le contenu de StudySmarter est non seulement vérifié par des experts, mais également régulièrement mis à jour pour garantir l'exactitude et la pertinence.

    En savoir plus
    Équipe éditoriale StudySmarter

    Équipe enseignants Physique-chimie

    • Temps de lecture: 14 minutes
    • Vérifié par l'équipe éditoriale StudySmarter
    Sauvegarder l'explication Sauvegarder l'explication

    Sauvegarder l'explication

    Inscris-toi gratuitement

    Inscris-toi gratuitement et commence à réviser !

    Rejoins plus de 22 millions d'étudiants qui apprennent avec notre appli StudySmarter !

    La première appli d'apprentissage qui a réunit vraiment tout ce dont tu as besoin pour réussir tes examens.

    • Fiches & Quiz
    • Assistant virtuel basé sur l’IA
    • Planificateur d'étude
    • Examens blancs
    • Prise de notes intelligente
    Rejoins plus de 22 millions d'étudiants qui apprennent avec notre appli StudySmarter !