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Introduction à la physique nucléaire et mécanique

15 décembre 2025

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1. Vue d'ensemble

Ce cours couvre la structure et le rôle du noyau atomique, la description des mouvements physiques, et la modélisation des actions sur un système. Il s’inscrit dans la compréhension fondamentale de la physique nucléaire, mécanique et dynamique. Le noyau, situé au centre de l’atome, est essentiel pour la stabilité et la radioactivité. La modélisation des mouvements permet d’analyser la trajectoire et la vitesse. La modélisation des actions sur un système permet de prévoir son comportement sous différentes forces. Les idées clés suivent l’ordre du cours : structure du noyau, description du mouvement, modélisation des actions.

2. Concepts clés & Éléments essentiels

  • Composition du noyau : protons (+ charge) et neutrons (neutres)
  • Masse du noyau : somme des masses des nucléons, proche de la masse de l’atome
  • Nombre de masse (A) : nombre total de nucléons
  • Numéro atomique (Z) : nombre de protons
  • Radioactivité : désintégration spontanée, émission de particules
  • Mouvement rectiligne uniforme (MRU) : trajectoire droite, vitesse constante
  • Mouvement rectiligne uniformément varié (MRUV) : trajectoire droite, accélération constante
  • Vecteur vitesse, accélération, trajectoire
  • Modélisation d’un système : forces, lois de Newton, équations du mouvement
  • Actions extérieures : forces appliquées, effets sur le système

3. Points à Haut Rendement

  • Noyau : composé de protons (charge +) et neutrons, masse proche de 1 u par nucléon
  • Nombre de masse A = Z + N, où N = neutrons
  • Radioactivité : désintégration alpha, bêta, gamma
  • Mouvement rectiligne : trajectoire droite, vitesse constante $ v = \frac{\Delta x}{\Delta t} $
  • Mouvement uniformément varié : accélération constante $ a = \frac{\Delta v}{\Delta t} $
  • Loi de Newton : $ \sum \vec{F} = m \vec{a} $
  • Modélisation d’un système : somme des forces, équations différentielles
  • Actions : forces de contact, forces à distance, lois de la dynamique

4. Tableau de Synthèse

ConceptPoints ClésNotes
NoyauProtons, neutrons, masse, stabilitéStructure centrale de l’atome
RadioactivitéAlpha, bêta, gammaDésintégration spontanée
Mouvement rectiligneTrajectoire droite, vitesse constante$ v = \frac{\Delta x}{\Delta t} $
Mouvement accéléréAccélération constante$ a = \frac{\Delta v}{\Delta t} $
Loi de NewtonForce, masse, accélération$ \sum \vec{F} = m \vec{a} $
Modélisation systèmeForces, équations différentiellesAnalyse dynamique

5. Mini-Schéma (ASCII)

Noyau atomique
 ├─ Composition : protons + neutrons
 ├─ Masse proche de 1 u par nucléon
 ├─ Radioactivité : alpha, bêta, gamma
Mouvement
 ├─ MRU : trajectoire droite, v constant
 └─ MRUV : accélération constante
Modélisation
 ├─ Forces : contact, à distance
 └─ Lois : Newton, équations différentielles

6. Bullets de Révision Rapide

  • Noyau : protons, neutrons, masse, stabilité
  • Nombre de masse A, Z, N
  • Radioactivité : alpha, bêta, gamma
  • Mouvement rectiligne : v constant
  • Mouvement accéléré : a constant
  • Loi de Newton : $ \sum \vec{F} = m \vec{a} $
  • Modélisation : forces, équations différentielles
  • Actions : forces de contact, forces à distance
  • Trajectoire : droite, courbe
  • Vitesse : moyenne, instantanée
  • Accélération : constante ou variable
  • Désintégration radioactive : lois de décroissance
  • Modéliser un système : forces, mouvement
  • Effet des forces : changement de vitesse, trajectoire
  • Relations entre force, masse, accélération
  • Analyse dynamique d’un système
  • Importance de la masse dans la stabilité du noyau

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Fiche de révision

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Fiche de Révision : Structure et Mouvement du Noyau Atomique

1. 📌 L'essentiel Le noyau atomique est composé de protons (+ charge) et neutrons (neutres).

  • La masse du noyau est proche de la masse totale de ses nucléons, proche de 1 u par nucléon.
  • Le nombre de masse (A) = Z + N, où Z = nombre de protons, N = neutrons.
  • La radioactivité résulte de la désintégration spontanée du noyau (alpha, bêta, gamma).
  • Le mouvement rectiligne uniforme (MRU) a une trajectoire droite avec vitesse constante.
  • Le mouvement rectiligne uniformément varié (MRUV) implique une accélération constante.
  • La loi de Newton : $\sum \vec{F} = m \vec{a}$, fondamentale pour modéliser le mouvement.
  • Les actions extérieures (forces) modifient la trajectoire et la vitesse du système.
  • La modélisation physique utilise des équations différentielles pour décrire ces mouvements.
  • La stabilité du noyau dépend de l’équilibre entre forces nucléaires et répulsives.

2. 🧩 Structures & Composants clés

  • Noyau atomique — centre de l’atome, contient protons et neutrons.
  • Protons — particules chargées positivement, déterminent Z.
  • Neutrons — particules neutres, stabilisent le noyau.
  • Masse du noyau — proche de la somme des nucléons, légèrement inférieure à cause de l’énergie de liaison.
  • Radioactivité — émission de particules ou rayonnements pour atteindre un état stable.
  • Mouvement rectiligne — déplacement en ligne droite à vitesse constante.
  • Mouvement accéléré — déplacement avec accélération constante.
  • Forces — contact, à distance, forces nucléaires, électromagnétiques.
  • Lois de Newton — relations fondamentales pour décrire le mouvement.
  • Actions extérieures — forces appliquées sur le noyau ou système.

3. 🔬 Fonctions, Mécanismes & Relations

  • La stabilité du noyau dépend de l’équilibre entre forces nucléaires attractives et forces de répulsion électromagnétique.
  • La désintégration radioactive modifie la composition du noyau, libérant de l’énergie.
  • Le mouvement d’un nucléon dans le noyau peut être modélisé par un mouvement rectiligne ou accéléré selon la situation.
  • La force exercée sur un système détermine sa trajectoire et sa vitesse via la loi de Newton.
  • La modélisation du mouvement utilise des équations différentielles pour prévoir la trajectoire.
  • La force de répulsion entre protons est contrebalancée par la force nucléaire forte.
  • La vitesse instantanée est la dérivée de la position par rapport au temps.
  • L’accélération résulte des forces nettes appliquées au système.

4. Tableau comparatif : Mouvement rectiligne

ÉlémentCaractéristiques clésNotes / Différences
MRUTrajectoire droite, vitesse constante$ v = \frac{\Delta x}{\Delta t} $
MRUVTrajectoire droite, accélération constante$ a = \frac{\Delta v}{\Delta t} $

5. 🗂️ Diagramme Hiérarchique

Noyau atomique
 ├─ Composition
 │    ├─ Protons (charge +)
 │    └─ Neutrons (neutres)
 ├─ Masse
 │    ├─ Proche de 1 u par nucléon
 │    └─ Légèrement inférieure à la somme des nucléons
 ├─ Radioactivité
 │    ├─ Alpha
 │    ├─ Bêta
 │    └─ Gamma
 └─ Stabilisation
      ├─ Forces nucléaires
      └─ Forces électromagnétiques

6. ⚠️ Pièges & Confusions fréquentes

  • Confondre nombre de masse (A) et numéro atomique (Z).
  • Croire que neutrons ont une charge, ils sont neutres.
  • Confondre mouvement rectiligne uniforme et accéléré.
  • Oublier que la masse du noyau est légèrement inférieure à la somme des nucléons à cause de l’énergie de liaison.
  • Confondre désintégration alpha et bêta (nature des particules émises).
  • Négliger l’impact des forces nucléaires dans la stabilité du noyau.
  • Confondre vitesse instantanée et vitesse moyenne.
  • Oublier que la force de répulsion entre protons est contrebalancée par la force nucléaire forte.

7. ✅ Checklist Examen Final

  • Définir la composition du noyau (protons, neutrons).
  • Expliquer le concept de nombre de masse A et Z.
  • Décrire les types de radioactivité (alpha, bêta, gamma).
  • Savoir écrire et interpréter la formule du MRU.
  • Comprendre la formule du MRUV et ses applications.
  • Appliquer la loi de Newton dans un contexte nucléaire ou mécanique.
  • Modéliser un système par les forces et équations différentielles.
  • Identifier les forces en jeu dans la stabilité du noyau.
  • Différencier force nucléaire forte et électromagnétique.
  • Analyser la désintégration radioactive et ses lois.
  • Représenter un système dynamique par un diagramme hiérarchique.
  • Éviter les confusions entre mouvement rectiligne et accéléré.
  • Connaître les effets des forces sur la trajectoire et la vitesse.
  • Maîtriser la relation entre masse, force et accélération.
  • Anticiper les pièges liés à la terminologie nucléaire et mécanique.

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