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force et champ
Bonjour, j'ai un exercice à faire pour la rentrée et je ne le comprend pas. Il est en anglais donc désolé si la traduction est mauvaise. Merci d'avance.
Énoncé: La charge de l'électron a d'abord été mesurée par Millikan en 1909. Une bonne brume de gouttelette pétrolières a été pulvérisées entre deux assiettes. Les assiettes étaient à une distance d=1.0 cm.
Un champ électrostatique uniforme (aligné sur le champ de gravitation) a été créé dans l'espace entre eux.
Questions: a) comment les deux forces agissent-elles sur les gouttelettes ?
b) exprimer ces forces si la masse d'une gouttelette est m et sa charge électrique q.
c) quelles sont les conditions nécessaire pour que la gouttelette soit en équilibre ?
d) le rayon d'une gouttelette est R=1.34 um(mesurée avec un microscope) et sa densité massive est p(ro)=800 kg.m(-3). Calculer la masse d'une telle gouttelette.
e) calculer la valeur du champ électrostatique E entre les assiettes et exprimer le résultat en V.m(-1)
f) en déduire la charge électrique q d'une gouttelette en équilibre. Que peut-on en conclure ?
Bonjour,
La traduction est parfaitement compréhensible. Au lieu de "assiette" on pourrait employer le mot "plaque".
Le champ électrostatique et le champ de gravitation étant représentables par des vecteurs de même direction, que réponds-tu à la question a ?
On verra les conditions nécessaires pour cet équilibre à la question c.
Pour l'instant, on commence par la question a
Une force se représente en physique par un vecteur et est caractérisée par quatre données :
. son point d'application (on dira que c'est la gouttelette)
. une direction
. un sens
. une intensité
Quelles sont les deux forces à prendre en considération ici ?
Quelles sont les interactions qui en sont à l'origine ?
Que peux-tu dire des quatre caractéristiques de chacune de ces deux forces (pour les intensités, donne les expressions littérales pour l'instant) ?
Tu auras ainsi répondu aux questions a et b
Les interactions sont gravitationnelle et electromagnétique.
Les caractéristique de la force gravitationnelle sont:
Sens: du bas vers le haut
Direction: en direction du bas
Intensité: Fa/=Fb/a= G x (Ma x Mb)/d[sup][/sup]
Les caractéristique de la force électromagnétique sont:
Sens:du haut vers le bas
Direction:en direction du bas
Intensité: Fa/b=Fb/a= k x (qa x qb)/d^2
Interaction gravitationnelle ; force associée : le poids d'une gouttelette.
. point d'application : la gouttelette
. direction : toujours la verticale
. sens : toujours vers le bas
. intensité : m.g
(ce qui est quand même plus simple que d'utiliser = G.MT.m/RT2 avec la constante de la gravitation universelle, la masse de la Terre et le rayon de la Terre...)
Interaction électromagnétique ; force associée : force coulombienne ou électrostatique
. point d'application : la gouttelette
. direction : celle du champ électrostatique, donc, d'après l'énoncé, verticale également
. sens : dépend de la nature de la charge et du sens du champ électrostatique ; il faudra discuter cela à la question c
. intensité : q.E (q étant la charge d'une gouttelette et E étant l'intensité du champ électrostatique )
Que proposes-tu pour la question c ?
Ce n'est pas nécessaire et ce ne serait pas suffisant non plus.
Les forces ont été définies à la question b. On sait qu'elles ont même point d'application et même direction
Il faut maintenant que tu donnes les conditions sur :
. le sens de chaque force
. l'intensité de chaque force
Pour l'interaction gravitationnelle: sens:vers le bas
Pour l'interaction électromagnétique: sens: vers le haut
Pour l'intensité, je ne comprend pas. Ce n'est pas la même réponse que pour la question b ?
Pour qu'il y ait équilibre de la gouttelette il faut que la résultante des forces qui lui sont appliquées soit nulle.
Donc il faut que les deux forces :
. aient même direction (la verticale)
. aient des sens opposés (puisque le poids est toujours vers le bas, il faut donc que la force électrostatique soit vers le haut)
. aient des intensités (des normes) qui soient ... ?
Dans la dernière question de mon message du 29 mai à 12 h 05 j'attendais un seul mot (un adjectif qualificatif au féminin pluriel...)
Oui.
Il faut que les forces soient égales et opposées :
. même point d'application (la gouttelette)
. même direction (la verticale)
. sens opposés (le poids du haut vers le bas et la force électrostatique du bas vers le haut)
. intensités (normes) égales
Que réponds-tu aux questions suivantes ?
Pour la d j'ai d'abord calculé le volume de la sphère d'une goutte et j'ai trouvé 1.01x10^-17 m3 puis j'ai calculé la masse et j'ai trouvé 8.08x10^-15 kg
Pour la e j'ai utilisé la formule E=F/q=5000/0.01=5x10^5 V.m (j'avais oublié de préciser dans l'énoncé qu'on ajoutait 5000 V entre les assiettes)
Pour la f je n'ai pas trouvé
d) oui
V = (4/3).
.R3
et R = 1,34 µm = 1,34.10-6 m
V = (4/3)..(1,34.10-6)3
V 
1,01.10-17 m3
m = 
.V
m = 800 V
m 8,06.10-15 kg
(il ne faut jamais reprendre pour un calcul un résultat intermédiaire qui a été arrondi)
e)
Tu n'utilises pas la bonne "formule" ! !
Si l'on note
E : l'intensité du champ électrostatique
U : la différence de potentiel entre les plaques
d : la distance entre les plaques
alors on a la relation :
E = U / d
U en volts
d en mètres
E sera alors exprimé en volts par mètre (symbole V/m ou mieux V.m-1)
Fais attention aux unités ! Elles sont l'une des clés de la physique !
Application numérique :
E = 5 000 / 0,01 = 5.105 V.m-1
f)
Cette question suit toutes les précédentes !
Relis tout ce qui a été fait et tu dois pouvoir répondre si tu as compris l'expérience.
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