QCM : Forces et champs d’interaction (10 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Deux astres ont des masses inchangées, mais leur distance entre centres est doublée. Comment évolue la norme de leur force gravitationnelle ?

Elle est divisée par quatre.
Elle reste inchangée.
Elle est multipliée par quatre.
Elle est divisée par deux.

Elle est divisée par quatre.

Explication

La relation F=GmAmBd2F = G\frac{m_A m_B}{d^2} rend la force inversement proportionnelle au carré de la distance : doubler dd divise donc FF par 22=42^2=4. Une division par deux oublie le carré, tandis qu’une multiplication par quatre inverse la dépendance et qu’une force inchangée néglige la distance.

2. Un astre A subit une force gravitationnelle exercée par un astre B. Où cette force est-elle appliquée et vers où est-elle dirigée ?

En B, vers le centre de A.
En A, à l’opposé du centre de B.
En A, vers le centre de B.
À mi-distance, vers le centre de B.

En A, vers le centre de B.

Explication

La force subie par un astre s’applique sur cet astre et pointe vers le centre de l’autre : ici, elle est donc appliquée en A et dirigée vers B. L’application en B confond l’astre qui subit la force avec celui qui l’exerce, et les deux autres choix déplacent à tort le point d’application ou inversent le sens.

3. Deux astres A et B exercent l’un sur l’autre des forces gravitationnelles. Quelle relation vectorielle traduit leur troisième loi ?

F⃗B/A=F⃗A/B\vec{F}_{B/A}=\vec{F}_{A/B}
F⃗B/A=−F⃗A/B\vec{F}_{B/A}=-\vec{F}_{A/B}
∣F⃗B/A∣=2∣F⃗A/B∣|\vec{F}_{B/A}|=2|\vec{F}_{A/B}|
F⃗B/A=2F⃗A/B\vec{F}_{B/A}=2\vec{F}_{A/B}

$$\vec{F}_{B/A}=-\vec{F}_{A/B}$$

Explication

Les forces gravitationnelles réciproques ont la même norme et des sens opposés, ce qu’exprime le signe moins dans F⃗B/A=−F⃗A/B\vec{F}_{B/A}=-\vec{F}_{A/B}. L’égalité des vecteurs leur donnerait le même sens, et les facteurs 22 attribueraient à tort des normes différentes.

4. Sur un schéma de deux astres, une force est représentée par une flèche portée par la droite joignant leurs centres et orientée vers B. Quelle distinction décrit correctement la direction et le sens de cette force ?

La direction est vers B et le sens est la droite des centres.
La direction est la droite des centres et le sens est vers A.
La direction est la droite des centres et le sens est vers B.
La direction est l’astre qui subit la force et le sens est vers B.

La direction est la droite des centres et le sens est vers B.

Explication

La direction correspond à la droite reliant les centres, tandis que le sens indique l’orientation sur cette droite, ici vers B. Dire que la direction est « vers B » confond direction et sens; identifier la direction à l’astre qui subit la force ne décrit pas une droite, et « vers A » inverse l’orientation donnée.

5. Que désigne la direction d’une force électrostatique entre deux systèmes chargés ?

La droite perpendiculaire à la ligne joignant les centres des systèmes chargés
La droite qui relie les deux systèmes chargés, que l’interaction soit attractive ou répulsive
L’orientation du champ électrique indépendamment de la position des systèmes chargés
Le sens dans lequel les systèmes chargés se déplacent après leur mise en présence

La droite qui relie les deux systèmes chargés, que l’interaction soit attractive ou répulsive

Explication

La direction de la force électrostatique est la droite reliant les deux systèmes chargés, quel que soit le caractère attractif ou répulsif de l’interaction. Le sens décrit vers où la force est orientée, et non la droite qui définit sa direction.

6. À quelle échelle les interactions électrostatiques prédominent-elles par rapport aux interactions gravitationnelles ?

À l’échelle des systèmes chargés éloignés de plusieurs kilomètres
À l’échelle des astres, quelle que soit leur séparation
Aux échelles humaine et atomique
À l’échelle astronomique et sur de très longues distances

Aux échelles humaine et atomique

Explication

Les interactions électrostatiques prédominent aux échelles humaine et atomique, tandis que la gravitation domine à l’échelle astronomique et sur de très longues distances. L’échelle astronomique correspond donc au domaine où la gravitation prédomine, et non à celui de l’électrostatique.

7. Quel rôle joue le champ de gravitation créé par un corps B au point où se trouve un corps A ?

Il représente la force exercée par A sur B et fixe sa direction dans l’espace.
Il indique la masse de A et permet de déterminer la distance entre les deux corps.
Il caractérise l’action gravitationnelle de B et permet de déterminer la force exercée sur A.
Il mesure l’énergie gravitationnelle de B et détermine sa vitesse autour de A.

Il caractérise l’action gravitationnelle de B et permet de déterminer la force exercée sur A.

Explication

Le champ de B caractérise son action gravitationnelle en chaque point et, au point où se trouve A, la force s’obtient en multipliant ce champ par la masse de A. La masse de A ne définit pas le champ créé par B : elle intervient dans la force subie.

8. Quelle différence distingue la dépendance du champ électrostatique à la charge test de celle de la force électrostatique exercée sur cette charge ?

Le champ dépend de la charge source et de la distance, tandis que la force dépend aussi de la charge test.
Le champ dépend de la masse de la charge test, tandis que la force dépend de la distance seule.
Le champ dépend de la charge test et de la distance, tandis que la force dépend de la charge source.
Le champ et la force dépendent tous deux de la charge test, mais pas de la charge source.

Le champ dépend de la charge source et de la distance, tandis que la force dépend aussi de la charge test.

Explication

Le champ créé par la charge source est déterminé par cette charge et par la distance, tandis que la force sur une charge test vaut le produit de cette charge et du champ. Confondre la charge source avec la charge test inverse leur rôle dans ces dépendances.

9. Si la masse de l’un des deux astres augmente tandis que leur distance reste constante, quel effet cela a-t-il sur la norme de la force gravitationnelle entre eux ?

Elle augmente proportionnellement à cette masse.
Elle devient répulsive lorsque la masse augmente.
Elle diminue en raison du carré de cette masse.
Elle reste inchangée puisque la distance est constante.

Elle augmente proportionnellement à cette masse.

Explication

La force est proportionnelle au produit des masses, donc l’augmentation de l’une d’elles accroît la norme de la force si la distance ne change pas. La distance constante ne rend pas la force indépendante des masses, car celles-ci figurent aussi dans la formule.

10. Sur un schéma, comment représenter la force gravitationnelle exercée par A sur B, en tenant compte de la notation vectorielle et de la troisième loi ?

La placer en A, sur la droite des centres, avec le même sens que la force exercée par B sur A.
La placer en B, perpendiculairement à la droite des centres, avec un sens opposé à la force exercée par B sur A.
La placer en B, sur la droite des centres, avec un sens opposé à la force exercée par B sur A.
La placer en A, sur la droite des centres, avec un sens opposé à la force exercée par B sur A.

La placer en B, sur la droite des centres, avec un sens opposé à la force exercée par B sur A.

Explication

La force exercée par A sur B s’applique en B et, comme force réciproque, possède un sens opposé à celle exercée par B sur A; les deux forces suivent la droite reliant les centres. La placer en A confond son point d’application avec celui de la force exercée par B sur A.

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Mémorisez les réponses avec 10 flashcards sur Forces et champs d’interaction.

Qu’exercent l’un sur l’autre deux astres de masses mAm_A et mBm_B séparés par une distance dd ?

Des forces gravitationnelles.

Quelle relation donne la norme de la force gravitationnelle entre deux astres ?

F=GmAmBd2F = G\frac{m_A m_B}{d^2}

Quelle droite définit la direction des forces gravitationnelles entre deux astres ?

La droite reliant les centres des deux astres.

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