Physique 23 : Mécanique
La structure de l'univers
L'univers et les interactions

1. Les interactions

Une interaction correspond aux actions mutuelles qui s'exercent entre deux corps; modélisées par des forces .

Malgré l'apparente diversité des actions que l'on peut observer elles appartiennent toutes à l'une des quatre catégories d'interactions dites fondamentales: l'interaction gravitationnelle, l'interaction électromagnétique, l'interaction forte et l'interaction faible.

2. L'interaction gravitationnelle

Elle s'exerce entre tous les corps qui possèdent une masse sans limite de distance mais son intensité diminue néanmois rapidement lorsque des corps s'éloignent.

Cette force est toujours attractive et sa valeur est donnée par la loi de gravitation.

Si deux corps de masses ma et mb ont leur centre d'inertie séparés par une distance d alors la force de gravitation F s'exerçant sur chacun d'eux a pour valeur:

F = G x mA x mB /d²

F en newton
mA et mB en kilogramme ( kg )
d en mètre ( m )
G (constante de gravitation) = 6.67 x 10^{- 11} N.m².kg^{- 2}

3. L'interaction électromagnétique

Elle combine l'interaction électrique et l'interaction magnétique et s'exerce sur toutes les particules électriquement chargées.

La force magnétique est cependant nulle sur des particules immobiles qui ne sont alors soumises qu'à une interaction électrique dite électrostatique.

L'interaction électrostatique est attractive entre des charges de signes opposés et répulsive entre des charges de même signe. Sa valeur peut être calculée grâce à la loi de Coulomb.

Selon la loi de Coulomb deux corps possédant des charges q et q', ayant leurs centre d'inertie séparés par une distance d sont soumis chacun à une force F dont la valeur est donnée par la formule suivante:

F = k x |q x q'| /d²

F en newton
q et q' en coulomb ( C)
d en mètre (m)
k ( constante de Coulomb ) = 9.0 x 10⁹ N.m².C^-2

A l'échelle astronomique la matière est en général neutre et l'interaction électromagnétique ne peut pas s'exercer. Cette interaction joue cependant un rôle important à l'échelle microscopique entre les particules chargées telles que les noyaux atomiques et les électrons et permet la stabilité de la matière qui nous entoure.

4. L'interaction forte

Elle s'exerce à l'echelle des nucléons et sa portée est de l'ordre de 10 ^{- 15} m . C'est cette interaction qui permet la stabilité d'un noyau atomique en maintenant ensemble les neutrons et protons qui sont soumis à des forces électrostatiques répulsives.

5. L'interaction faible

Elle s'exerce également à l'intérieur des noyaux atomiques mais avec une portée encore plus faible que l'interaction forte de l'ordre de 10 ^{- 17} m.

Cette interaction n'intervient que lors des transformations nucléaires et en particulier lors des désintégrations radioactives β.