Les différents types d'interactions
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- les interactions gravitationnelles ;
- les interactions électriques ;
- l’interaction forte.
Les lois de Newton (pour les interactions gravitationnelles) et de Coulomb (pour les interactions électriques) définissent leurs caractéristiques (sens, direction, valeur).
La diversité de la matière est telle que, suivant l'échelle considérée, un seul type d’interaction prédomine.
et 
dont
les caractéristiques sont :– une direction, celle de la droite (AB) ;
– un sens, les forces ont des sens opposés.
est la
force exercée par A sur B, depuis le
corps B vers le corps A. À l'inverse
est la
force exercée par B sur A, depuis le
corps A et vers le corps B ;– une valeur,
où la constante de la gravitation
universelle 
m3.kg-1.s-2.
Cette valeur est également appelée
constante de Cavendish.
|
 en
newton (N) ; G en
m3.kg-1.s-2
; mA et mB en
kg ; d en mètre
(m)
|
Remarques :
• Les forces gravitationnelles sont toujours attractives.
• Elles sont proportionnelles au produit de la masse de chacun des systèmes, multiplié par l'inverse du carré de leur distance.
• La distance entre les deux systèmes se mesure depuis le centre de gravité de ces systèmes (le centre de la sphère).
• La loi de Newton est valable pour tout objet à répartition sphérique de masse (atome, ballon, planète...).
Soient
et
les
valeurs de ces forces. Ces deux corps étant de
petite taille, ils peuvent être
considérés comme ponctuels. La distance
entre le proton et l’électron est
m.
Leurs masses valent respectivement 
kg
et 
kg.En appliquant la loi de Newton, cela donne :
– deux charges de même signe se repoussent ;
– deux charges de signes contraires s'attirent.
et
,
séparés d'une distance 
,
exercent l'un sur l'autre des forces d’interactions
électriques 
et
dont
les caractéristiques sont :– une direction : celle de la droite (AB)
– un sens : les sens des deux forces sont opposés et dépendent de la nature attractive ou répulsive des interactions
- une valeur :
où 
(SI) (unité du système
international).
en newton N ; K en (SI) ;
et 
en coulomb C et 
en mètre m.
|
|
Remarques :
• la valeur de la constante K est valable dans le vide ou dans l'air et dépend du milieu considéré.
• les forces électromagnétiques sont attractives ou répulsives selon les signes respectifs des charges.
• les forces électromagnétiques sont proportionnelles à la charge de chacun des systèmes et inversement proportionnelles au carré de la distance de leurs centres.
Soient
et
les
valeurs de ces forces. La distance entre le proton et
l'électron est 
m.
Leurs charges valent respectivement 
C
et 
C.En appliquant la loi de Coulomb, on obtient :
N.L’interaction forte ne s'exerce pas au-delà d'une distance de l'ordre de 10-14 m (dimension du noyau atomique).
– l’interaction gravitationnelle ;
– les interactions électriques (attraction ou répulsion) ;
– l'interaction forte qui maintient la cohésion entre les nucléons du noyau atomique.
Voici, récapitulées dans un tableau, les interactions gravitationnelles et électriques accompagnées des lois qui les caractérisent :
| Interaction gravitationnelle | Interactions électriques |
| Elle s'exerce entre deux corps de masse quelconque. | Elle s'exerce entre de corps de charge quelconque. |
| Elle est toujours attractive. | Elle est soit attractive, soit répulsive. |
|
Loi de Newton : Deux corps A et B de masses respectives mA et mB séparés d'une distance d, exercent l'un sur l'autre des forces attractives opposées : |
Loi de Coulomb : Deux corps A et B de charges respectives qA et qB séparés d'une distance d, exercent l'un sur l'autre des forces attractives ou répulsives opposées : |
|
|
|
Unités : •  et
 en
newtons N ;•  m3.kg-1.s-2
;• mA et mB en kilogrammes kg ; • d en mètres m. |
Unités : •  et
 en
newtons N ;•  SI
;• qA et qB en coulombs C ; • d en mètres m. |
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