Barycentre charge électrique

[Chmiman]

Bonsoir , j'étudie les molécules polaires et apolaires, et je comprends pas du tout la notion de barycentre entre deux charges égales, par exemple pourquoi le barycentre des deux charges positives de la molécule d'eau se situe au milieu des deux atomes d'hydrogène ? Et surtout que représente il ? Certains font l'analogie avec la balance et les masses de chaque côté mais je comprends pas . Comment cela se passe au niveau d'une charge électrique , quesqu’il fait qu'il y a un barycentre entre les mêmes charges ?

Je suis en première , et sans vouloir être exigeant , j'aimerais une reponse simple mais physique ( sans analogie avec les balances de Roberval par exemple ).

Merci à vous
-----

[phys4]

Bonjour,
Je pense que vous devriez commencer par la notion de barycentre :
c'est l'extension de la notion de point milieu, pour deux quantités identiques, leur barycentre est exactement le point milieu
si les quantités ne sont pas égales mais que l'une est 3 fois plus grande que l'autre, alors le barycentre se trouve sur le segement3 fois plus pres de la quantité forte donc à 1/4 et 3/4 du segment.
La somme algébrique des produits distance*poids doit être nulle.
Vous pouvez étendre cela dans l'espace avec des vecteurs et vous avez généralisé la notion de centre, qui peut être appliqué des masses, des charges, ou toute autre quantité mesurable.

En plus rien ne vous empêche de considérer seulement une partie des points, de trouver un premier barycentre, puis de prendre un second sous-ensemble de points et d'obtenir un second barycentre.
La définition montre que le barycentre des deux sous ensemble est aussi le barycentre des deux premiers barycentres trouvés.

Avec ce bagage de base, quand vous l'aurez compris, vous pouvez résoudre votre problème.

[mach3]

Prenons d'abord deux charges, une positive et une négative, espacées d'une certaine distance. Cela forme ce qu'on appelle un dipôle, un coté repousse les charges positive et attire les charges négatives et l'autre coté fait l'inverse. En effet, si vous calculez la force électrique exercée par chacune des deux charges sur une charge test, vous verrez que vu qu'elles ne sont pas à la même distance, la force attractive de l'un ne compense pas exactement la force répulsive de l'autre.
Exemple simple, prenons pour faire notre dipôle une charge de 1 coulomb et une charge de -1 coulomb, séparés d'un mètre. Plaçons dans l'alignement une charge test de 1 coulomb, à 1 mètre de la charge positive et 2 mètres de la charge négative. Elle subit une force répulsive de Kx1x1/1²= K newton (K est la constante de coulomb), et une force attractive de Kx1x1/2² = K/4 Newton. Elle est donc globalement repoussée (avec une force de 0,75K newton) : bien que notre dipôle possède une charge globale nulle, il peut attirer ou repousser des charges. Cet effet s'évanouit rapidement quand la distance grandit. Plaçons notre charge test à 100m de la charge positive et 101m de la négative, cette fois la force répulsive sera de 0,0001K Newton et l'attractive de 0,000098K Newton : c'est toujours globalement répulsif (0,000002 K newton), mais ça devient franchement faible.

Ceci étant dit, considérons un nombre plus important de charges, N positives et N négatives, disposées d'une certaine manière dans l'espace (exemple : une molécule). On aura le même genre d'effet, mais en plus compliqué, on pourra avoir de nombreux pôles dans diverses directions. Souvent on va décomposer cela en contributions, une dipolaire, une quadripolaire, etc, la contribution dipolaire étant celle qui s'estompe le moins vite avec la distance. Cette distribution compliquée de charges possède un équivalent approximatif simple avec seulement deux charges : une seule charge N fois positive au barycentre des charges positive et une seule charge N fois négative au barycentre des charges négative (je vous passe la démonstration de ceci...). Cet équivalent simplifié possède, à une distance suffisante pour que les contributions quadripolaires et plus élevées soient négligeables, exactement les même propriétés d'attraction/répulsion que la distribution de charge compliquée.

m@ch3

[Chmiman]

Pourquoi dieu quand on a une entité 3 fois plus grande il faut rapprocher le barycentre de son côté , ça paraît intuitif mais pas à Moi , je comprends pas cette notion de distance couplée avec une force ou une charge !

Pour les charges , en fait on réduit à un point la position moyenne de différentes charges ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Vous allez retrouver une notion de balance :
Supposez que vous tirez 2 masses associées par un seul point, c'est le barycentre qui répartira le mieux les forces sur les deux masses.

Le milieu si les masses sont égales, sinon il faudra une distance du point d'application inversement proportionnel aux masses pour que les couples s'égalisent.

[Chmiman]

Mais pourquoi cela , dans le fond pourquoi ? C'est car on l'a observé ? Pourquoi la distance influe sur la force ?

[mach3]

Mais pourquoi cela , dans le fond pourquoi ? C'est car on l'a observé ? Pourquoi la distance influe sur la force ?

premièrement, oui, on l'observe. Les forces à distances de portée infinie, comme la force électrostatique ou la force gravitationnelle diminuent en 1/r². On peut trouver des raisons plus fondamentales, mais on finira toujours par arriver sur un principe indémontrable (généralement des "lois" de conservation) mais non démenti par l'observation (une sorte d'axiome).

m@ch3

[Chmiman]

Désolé de ressusciter une discussion datant d'une semaine , mais si je résume avec mes mots le barycentre des charges positives par exemple c'est le point où on peut considérer que toutes les charges sont en ce point avec la moyenne de probabilité de présence ?

[phys4]

Il n'y a pas de notion de probabilité dans le barycentre.

Avec l'exemple de l'effet des charges, nous pouvons dire que le regroupement des charges au barycentre produit un effet identique à l'ensemble des charges pour un objet à grande distance.
C'est une sorte d'approximation de l'effet d'ensemble lorsqu'on peut négliger les écarts individuels.

On retrouve quelque chose d'analogue pour la gravitation : l'attraction d'un ensemble de charges est identique à l'attraction de toute la masse mise au centre de masse.

[Chmiman]

Mais qui a découvert et pourquoi les charges se regroupent au milieu alors qu'elles se repoussent naturellement ? Je veux bien l'admettre mais je ne sais pas expliquer pourquoi c'est au barycentre que les charges se regroupent , ou plutôt si elles se regroupaient feraient le même effet que dans l'ordre où elles sont placées !

[phys4]

Ici vous faites une confusion entre le déplacement des particules et leur actions à grande distance.
Dire que toutes les particules agissent à grande distance comme si elles étaient regroupées, ne va pas dire qu'elles se regroupent, les forces qui agissent entre elles ne sont pas concernées. Elles vont au contraire s'éloigner l'une de l'autre si elles sont libres de le faire.
Ce n'est pas le cas pour l'exemple donné : dans une molécule, les charges sont bloquées à leur position.

[coussin]

Je vais peut-être dire une bêtise : je pense que le barycentre des charges positives est le point où, si on y met une charge test la force exercée sur cette charge test est nulle.
C'est un point "fictif" comme le centre de masse, etc...

[phys4]

Ce n'est vrai que pour deux charges identiques, le point milieu est le barycentre et aussi un point neutre sans champ électrique.

Pour tous les autres cas c'est faux, car la loi des distances n'a rien à voir.