Exercices pour le cours de physique de Feynman
Figure 41.2
x
d
Flot
d’électrons
Collecteur
émetteur
Exercice 41.6 Soit un conducteur avec une distribution de charge σ coulombs/m 2
sur sa surface ; σ n’est pas nécessairement constante. Montrer que la force exercée sur la
charge dans un petit élément d’aire dA est normale à la surface et donnée par (σ 2 /2 0 ) dA.
(Le facteur 1/2 est juste. Expliquer.)
Exercice 41.7 Le champ électrique maximum qui peut exister à la surface d’un
conducteur dans le vide, avant qu’il n’y ait de décharge, est environ de 10 8 V/m. Si
le conducteur est fait de cuivre (de masse 8.9 g cm −3 ), et que la charge de surface est
négative,
(a) comparer le nombre d’électrons en excès par unité d’aire N e au nombre d’atomes
par unité d’aire N a .
(b) comparer la force F e exercée sur un électron dans ce champ à la force F a agissant
sur un électron à une distance atomique typique d’un proton (≈ 0.5 Å).
Exercice 41.8 Le muon négatif est une particule qui a la même charge électrique
qu’un électron mais une masse 207 fois plus grande. Lorsqu’un muon négatif est arrêté
dans la matière, il est attiré par un noyau et peut remplacer un électron atomique pour
former un atome « muonique ». À cause de sa plus grande masse, le muon s’approche
davantage du noyau que l’électron et, pour les noyaux lourds, il peut même pénétrer
le noyau dans son état d’énergie le plus bas. Le muon n’interagit pas avec la matière
nucléaire par des forces nucléaires, mais seulement par des forces électriques, et il voit
le noyau comme une sphère uniformément chargée. D’autres expériences de physique
montrent que le rayon des noyaux est de la forme R = R 0 A 1/3 où R 0 est approximativement 1,2 × 10 −15 m et A est la somme du nombre de protons et de neutrons.
Soit un modèle d’atome muonique où le muon oscille suivant une ligne passant par le
centre d’un noyau de plomb.
(a) Quelle est la fréquence naturelle ω de ces oscillations ?
(b) Quelle est la différence d’énergie entre les deux états de plus basse énergie de
ce modèle d’atome muonique ? (On a dit au chapitre 41 du Vol. I que les états
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Figure 41.2
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d
Flot
d’électrons
Collecteur
émetteur
Exercice 41.6 Soit un conducteur avec une distribution de charge σ coulombs/m 2
sur sa surface ; σ n’est pas nécessairement constante. Montrer que la force exercée sur la
charge dans un petit élément d’aire dA est normale à la surface et donnée par (σ 2 /2 0 ) dA.
(Le facteur 1/2 est juste. Expliquer.)
Exercice 41.7 Le champ électrique maximum qui peut exister à la surface d’un
conducteur dans le vide, avant qu’il n’y ait de décharge, est environ de 10 8 V/m. Si
le conducteur est fait de cuivre (de masse 8.9 g cm −3 ), et que la charge de surface est
négative,
(a) comparer le nombre d’électrons en excès par unité d’aire N e au nombre d’atomes
par unité d’aire N a .
(b) comparer la force F e exercée sur un électron dans ce champ à la force F a agissant
sur un électron à une distance atomique typique d’un proton (≈ 0.5 Å).
Exercice 41.8 Le muon négatif est une particule qui a la même charge électrique
qu’un électron mais une masse 207 fois plus grande. Lorsqu’un muon négatif est arrêté
dans la matière, il est attiré par un noyau et peut remplacer un électron atomique pour
former un atome « muonique ». À cause de sa plus grande masse, le muon s’approche
davantage du noyau que l’électron et, pour les noyaux lourds, il peut même pénétrer
le noyau dans son état d’énergie le plus bas. Le muon n’interagit pas avec la matière
nucléaire par des forces nucléaires, mais seulement par des forces électriques, et il voit
le noyau comme une sphère uniformément chargée. D’autres expériences de physique
montrent que le rayon des noyaux est de la forme R = R 0 A 1/3 où R 0 est approximativement 1,2 × 10 −15 m et A est la somme du nombre de protons et de neutrons.
Soit un modèle d’atome muonique où le muon oscille suivant une ligne passant par le
centre d’un noyau de plomb.
(a) Quelle est la fréquence naturelle ω de ces oscillations ?
(b) Quelle est la différence d’énergie entre les deux états de plus basse énergie de
ce modèle d’atome muonique ? (On a dit au chapitre 41 du Vol. I que les états
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