Loi de Coulomb  : le champ autour d'une charge ponctuelle

1 · Prédire

Une charge ponctuelle unique reste seule dans l’espace. Si vous déplacez un point de test deux fois plus loin, de combien l’intensité du champ électrique diminue-t-elle ?

• Le champ tombe à 1/4 — il diminue avec le carré de la distance.
• Le champ tombe à 1/2 — il diminue linéairement avec la distance.
• Le champ reste le même quelle que soit la distance.

2 · Configurer

1. Ouvrez le préréglage « charge unique » et appuyez sur Réinitialiser. La charge source est fixée à q = 5 nC.
2. Activez la lecture de l’intensité du champ à un point de test.
3. Réglez la distance du point de test par rapport à la charge pour chaque essai et enregistrez l'intensité du champ.

3 · Collecter les données

Tracez l'intensité du champ E (axe y) par rapport à 1/r² (axe x) pour vos trois essais. La droite passe-t-elle directement par l’origine ?

4 · Analyser

1. Pour un essai, calculez E = kq/r² en utilisant k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 5 nC. Comparez avec le tableau.
2. Expliquez, à l'aide de la loi du carré inverse, pourquoi doubler la distance divise par quatre l'intensité du champ plutôt que de la diviser par deux.

5 · Approfondir

1. Votre colonne de potentiel (V = kq/r) diminue plus doucement que le champ (1/r au lieu de 1/r²). Expliquez pourquoi le potentiel et le champ ont une dépendance différente à la distance, bien qu'ils proviennent de la même charge source.
2. La loi de Coulomb E = kq/r² a exactement la même forme mathématique que le champ gravitationnel de Newton g = GM/r². Pourquoi deux forces complètement différentes (électrique et gravitationnelle) pourraient-elles partager cette structure en carré inverse ?

La physique derrière cette expérience

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