Chapitre 07 : Cohésion de la matière

Les constituants de la matière (livre page 135) Des interaction fondamentales (livre page 135) La cohésion de la matière (livre page 136)
Robert Millikan dans la zone frontalière, George Johnson, Les dix plus belles Expériences scientifiques (livre du CDI page 175). Voir TP10 - Constitution et cohésion de la matière.

Exercices conseillés
  • exercice 2 page 138 : Dans le bon ordre ;
  • exercice 14 page 139 : La machine de Wimshurst ;

Correction détaillées des exercices
Exercice 2 page 138 : Dans le bon ordre
objet odg (m)
noyau d'uranium 235 10-14
atome de carbone 10-10
hématie 10-6
la Maison blanche 102
Phobos 105
l'étoile Rigel 1012
la galaxie d'Andromède 1021
Exercice 16 page 139 : La valeur de la charge
  1. On cherche la distance centre à centre :
    D =
    d1 / 2
    +
    d2 / 2
    + d =
    0,30 / 2
    +
    0,20 / 2
    + 0,75 = 1,00 nm.
    La distance centre à centre est d'1 nm.
    • On cherche le nombre de charges élémentaires n portées par l'ion négatif Xn - :
      La force entre les deux ions est F = k
      |q (-n e)| / D2
      avec k la constante de Coulomb.
      donc n =
      F D2 / k q e
      =
      F D2 / 2 k e2

      application numérique avec F = 4,61. 10-10 N ; D = 1,00 nm = 1,00. 10-9 m ;
      k = 9,0. 109 N.m2.C-2 et e = 1,60. 10-19 C.
      n =
      4,61. 10-10 x (1,00. 10-9)2 / 2 x 9,0. 109 x (1,60. 10-19)2
      =1,0
      L'ion négatif porte une charge négative.
    • Cet ion a pour formule X-.
Exercice 23 page 140 : Io, satellite de Jupiter
  1. L'interaction gravitationnelle est à l'origine de l'effet de marée.
  2. La Lune n'a pas assez d'influence sur le magma pour produire une éruption.
  3. Dans le cas d'Io, la masse de Jupiter mise en jeu est beaucoup plus importante que celle de la Terre ou de la Lune.
Exercice 25 page 141 : Trop lourd
    • On a Q = Z e = 7 x 1,60. 10- 19 = 1,12. 10- 18 C.
      Le noyau porte une charge de 1,12. 10- 18 C.
    • On cherche la force électrique Fe entre le noyau et un électron : Fe = k
      q e / d2

      application numérique avec k = 9,0. 109 N.m2.C- 2 ; e = 1,60. 10- 19 C
      et d = 50 pm = 50. 10- 12 m.
      Fe = 9,0. 109
      1,12. 10- 18 x 1,60. 10- 19 / (50. 10- 12)2
      = 6,5. 10- 7 N
      La force électrique entre le noyau et un électron vaut 6,5. 10- 7 N.
    • On a m = A mn = 14 x 1,67. 10- 27 kg = 2,34. 10- 26 kg.
      Le noyau a une masse de 2,34. 10- 26 kg.
    • On cherche la force gravitationnelle Fg entre le noyau et un électron : Fg = G
      m me / d2

      application numérique avec G = 6,67. 10- 11 m3.kg- 1.s- 2 ; me = 9,11. 10- 31 kg
      Fg = 6,67. 10- 11
      2,34. 1026 x 9,11. 10- 31 / (50. 10- 12)2
      = 5,7. 10- 46 N.
      La force gravitationnelle entre le noyau et un électron vaut 5,7. 10- 46 N.
  3. Si les deux forces se compensent alors Fe = Fg = G
    M me / d2

    avec M la masse du noyau correspondante et M = Fe
    d2 / G me

    application numérique M = 6,5. 10- 7
    (50. 10- 12)2 / 6,67. 10- 11 x 9,11. 10- 31
    = 2,7. 1013 kg.
    Pour que les deux forces aient la même intensité, le noyau devrait avoir une masse de
    2,7. 1013 kg.
  4. La force électrique prédomine devant la force gravitationnelle au sein de l'atome.
Exercice 32 page 142 : La pesée du monde

Compétences attendues
  • Connaître les ordres de grandeur des dimensions des différentes structures des édifices organisés ;
  • connaître l'ordre de grandeur des valeurs des masses d'un nucléon et de l'électron ;
  • savoir que toute charge électrique peut s'exprimer en fonction de la charge élémentaire e ;
  • associer, à chaque édifice organisé, la ou les interactions fondamentales prédominantes.