Cours : Mécanique de Newton et monde quantique - Physique - Chimie
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Exrait

Mécanique de Newton et monde quantique.
I. Les limites de la mécanique de Newton.
1. Interaction gravitationnelle - interaction électrostatique
Loi de Newton :
Deux corps ponctuels A et B de niasses m
A
et m
B
, distants de r, exercent l'un sur l'autre des forces
d'interaction gravitationnelles attractives
B
A
F
et
A
B
F
, de même direction, de sens opposés et de même valeur
G est la constante de gravitation universelle ;
G = 6,67.10
-11
N.kg
-2
.m
2
Cette relation est également vraie pour deux corps à répartition sphérique de masse. Elle permet d'expliquer le
mouvement d'une planète autour d'une étoile ou d'un satellite autour d'une planète.
Loi de Coulomb :
Deux corps ponctuels A et B portant des charges électriques q
A
et q
B
, distants de r, exercent l'un sur l'autre
des forces électrostatiques
B
A
F
et
A
B
F
, répulsives pour des charges de même signe, attractives pour des
charges de signes contraires, de même direction, de sens opposés et de même valeur :
K est la constante pour le vide et
l'air :
K = 9.10
9
N.C
-2
.m
2
q
A
.q
B
>0
q
A
.q
B
<0
Remarque : la force gravitationnelle est négligeable devant la force électrostatique pour un système {proton-électron}
2. Comparaison des systèmes planétaires et des cortèges électroniques des atomes.
A priori, systèmes planétaires et atomiques présentent une grande similitude :
- même formalisme : interaction gravitationnelle pour les planètes et interaction électrique pour les électrons;
- présence d'un corps central autour duquel se déplacent d'autres corps.
Mais les deux systèmes présentent des différences fondamentales :
-
tous les rayons orbitaux sont possibles
: dans le cas d'un système {planète-satellite}, on peut mettre en orbite un
satellite à n'importe quelle altitude, le rayon de l'orbite ne dépendant que des conditions initiales de lancement;
l'énergie du système peut prendre n'importe quelle valeur
et peut donc varier continûment.
-
tous les atomes isotopes d'un même élément ont strictement les mêmes caractéristiques : même rayon
atomique
(donc même volume) par exemple.
L’identité des rayons atomiques montre que, contrairement aux planètes et satellites, les électrons d’un atome occupent
un espace identique pour tous les atomes d’une même variété.
La mécanique de Newton ne permet pas de rendre compte de la structure atomique.
II. Quantification des niveaux d’énergie électroniques d’un atome.
1. Quantification des échanges d'énergie
Un faisceau d'électrons, de même énergie
cinétique, est émis dans une ampoule
contenant un gaz sous pression élevée.figa
On
analyse
l'énergie
cinétique
des
électrons sortants :
- certains électrons ont perdu de l'énergie;
- les pertes d'énergie ne prennent que
certaines valeurs bien distinctes.
L'énergie perdue par les électrons a été
transférée aux atomes du gaz
Cette expérience montre que les atomes du gaz ne peuvent recevoir que des énergies bien déterminées.
2
.
r
m
m
G
F
F
B
A
A
B
B
A
2
.
r
q
q
K
F
F
B
A
A
B
B
A