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Champs et forces

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Notion de champ

  • Un champ donne pour chaque point de l’espace une grandeur physique particulière.
  • Il existe deux types de champs :
  • les champs scalaires qui associent à chaque point de l’espace une valeur numérique ;
  • les champs vectoriels qui associent à chaque point de l’espace, un vecteur donc un sens une direction et une intensité.
  • Les lignes de champs sont des lignes qui relient chaque point de l’espace qui ont la même valeur de champ scalaire.
  • Un champ est dit uniforme si sa valeur, sa direction et son sens sont stables dans tous les points d’une région de l’espace.

Le champ magnétique

  • Un champ magnétique $\overrightarrow{B}$ est un champ vectoriel. Un champ magnétique peut être généré par un aimant ou un champ électrique.
  • Son unité est le Tesla $T$ et il peut être mesuré par un teslamètre.
  • Un aimant a deux pôles : un pôle sud et un pôle nord.
  • On peut également générer un champ magnétique uniforme entre les deux pôles d’un aimant en U.
  • La Terre peut être considérée comme un aimant droit.

Le champ électrostatique

  • Un condensateur plan est composé de deux plaques conductrices espacées d’une distance $d$ et parallèles l’une à l’autre.
  • Lorsqu’on applique une tension électrique U à un condensateur plan, on engendre un champ électrostatique $\overrightarrow{E}$ uniforme entre les deux plaques, perpendiculaire aux plaques et dont le sens va de la plaque positive vers la plaque négative.
  • La valeur du champ électrostatique entre les deux plaques est égale au rapport de la tension appliquée et la distance : $E=\frac{U}{d}$
  • Une charge ponctuelle $Q$ placée dans l’espace crée autour d’elle un champ électrostatique $\overrightarrow{E}$ :
  • dont la direction est vers la charge ;
  • dont le sens dépend de la charge, centrifuge c’est-à-dire qu’ils s’éloignent de la charge si la charge est positive, centripète c’est-à-dire qu’ils s’éloignent de la charge si celle-ci est négative ;
  • et de valeur $E=kQ/r{^2}$
  • Une particule chargée de charge $q$ placée dans un champ électrostatique $\overrightarrow{E}$ subit une force électrostatique $\overrightarrow{F}=q\times \overrightarrow{E}$
  • Dans un condensateur plan, si la charge est négative elle va vers la plaque positive et est donc de sens opposé à celui du champ électrostatique, au contraire si la charge est positive elle va vers la plaque négative et est donc de même sens que celui du champ électrostatique.

Les champs gravitationnels

  • Un objet de masse M placé dans l’espace crée autour de lui un champ gravitationnel $\overrightarrow{G}$ dont la direction et le sens vont vers l’objet de valeur $\overrightarrow{G}=GM/r^2$
  • Au voisinage d’un astre, le champ de pesanteur $\overrightarrow{g}$ correspond au champ gravitationnel $\overrightarrow{G}$) créé par cet astre. Ils ont les mêmes caractéristiques et $\overrightarrow{g}$ est dirigé vers le centre de l’astre, localement il est donc vertical.
  • Ainsi, le champ de pesanteur terrestre est $g=G\times M_T/R_T{^2}2=9,81 N\cdot kg^{-1}$
  • Un objet de masse m placé dans un champ gravitationnel $\overrightarrow{G}$ subit une force gravitationnelle : $\overrightarrow{F}=m\times \overrightarrow{G}$
  • Attention la masse et le poids ne sont pas la même notion, la masse est invariable et le poids dépend de l’astre sur lequel on se trouve !