La chute des corps et la gravitation

07.10.2018

La chute des corps en 1604 (Aristote - Galilée)

et la gravitation (Newton - Einstein)

Introduction

L’agglomération de particules élémentaires comme les quarks, les gluons a d’abord engendré les protons et les neutrons qui sont les 1ers systèmes structurés à être apparu dans le déroulement de l’histoire cosmique. Ces derniers se sont assemblés pour formés des noyaux d’atomes lesquelles se sont associés avec des électrons pour former des atomes.

La gravitation a rassemblée cette matière éparse pour former les étoiles dont la lumière inonde peu à peu l’univers et les réactions nucléaires au sein des étoiles ont engendrées la plupart des noyaux atomiques et des éléments chimiques. Ex : ceux de carbone ont résulté de la fusion de noyau + légers.

C'est par la mise en expérimentation de la nature que Galilée met en doute les idées « argumentées » communément admises d'Aristote et reprises par l’église. À ce titre, on peut le considérer comme le père de la science moderne. Ainsi, il démontrera par l'expérimentation que la notion de masse n'intervient pas dans la « chute des corps », contrairement à ce qu'affirmait Aristote.
C'est en 1604, qu'il énonce la loi de la chute des corps en mentionnant la proportionnalité entre les espaces parcourus et le carré des temps.

Il y a 3 moyens de découvrir ce qu’on peut savoir :

- l’observation

- l’expérience de pensée

- le calcul

Aristote vs Galilée

Aristote fait une loi disant qu’un corps tombait d’autant + vite qu’il était + lourd.

Galilée dit que la loi d'Aristote est conforme à l'observation mais ce qui l'intéresse ce n'est pas de savoir si elle l'est, vu que c'est évident que oui mais de savoir si elle est vraie ? Il reprend donc la théorie d’Aristote mais invente et fait une expérience de pensée disant ‘’Et si l’on reliait un objet lourd d’un objet léger par une ficelle ?’’. Il y aurait 2 possibilités :

1/ Soit les 2 objets reliés (pastèque et pomme) tomberaient + vite que le gros objet tout seul (pastèque) car l’ensemble serait + lourd = donc la loi d'Aristote colle

2/ soit les 2 objets reliés (pastèque et pomme) tomberaient - vite que le gros objet tout seul (pastèque) car l’ensemble serait ralenti par la verticale par l’objet le + léger (pomme) lui faisant un effet parachute = donc la loi d'Aristote ne colle pas

A partir de la même loi (d’Aristote), on aboutit à 2 résultats contradictoires. Galilée résout ce problème en disant que les corps chutent à la même vitesse quel que soit leur masse mais qu’il faut prendre en compte la résistance de l’air qui freine les objets les + léger.

Selon la théorie des chutes des corps, Galilée dit que la vitesse acquise dans la direction verticale est proportionnel à la durée de la chute et que la vitesse est indépendante de la masse et de la nature du corps qui tombe. (Cette théorie contredit donc la théorie d’Aristote qui disait que la vitesse de chute est d’autant + rapide que le corps est + massif ( = une pastèque tomberait + vite qu’une pomme car + lourde).). Donc que la vitesse d’un objet ne dépend pas de sa masse.

Ex : une pastèque tomberait aussi vite, sous l’effet de la gravité, donc en même temps, qu’une pomme mais que seule la résistance de l’air (qui va produire une force résistante qui sera différente pour la pastèque et la pomme) freinerait les objets + légers et créerait une différence de vitesse que la gravité à elle seule ne peut pas produire.

C’est qu’on appelle ‘’L’universalité de la chute libre’’ qu’a découvert Galilée. Qui prouve que si on veut trouver une loi physique, on ne doit pas se fier à l’observation.

Newton sur les pas de Galilée

Newton sera le 1^er à formaliser sous la forme d’équation, la théorie de la gravitation et la mécanique. L’univers dans sa phase primordiale était + dense et + chaud qu’aujourd’hui et il ne cesse de se dilater, de se diluer et de refroidir à un rythme donc on a constaté une accélération à cause de la matière noire.

Si l’on remplace la terre par une théière, et qu’on la fait tourner a la même vitesse, la trajectoire de la théière sera la même que celle de la terre, et qu'elle aura donc la même trajectoire que la terre autour du soleil. Donc la trajectoire d’un corps dans un champ de gravitation ne dépend pas de sa masse mais de sa vitesse.

Elle ne tomberait donc pas sur le soleil par sa faible masse. Autrement dit, selon Newton, le mouvement d’un corps, dans un champ de gravitation, est indépendant de sa masse.

Ex : Pour un cosmonaute qui sortirait de la fusée. Il restera a côté de la fusée car peu importe la masse, la trajectoire (la vitesse de mouvement) est la même. Autrement, la fusée tomberait plus vite que le cosmonaute qui ne réussirait plus à rattraper et retrouver la fusée…

Une nouvelle définition de la masse

Les photons sont des particules de lumière. Les autres (électron, quarks, proton, neutron) sont des particules de matière.

Les particules élémentaires n’ont pas de masse. La masse n’est pas une propriété primitive des objets matériels. C’est pas une propriété qu’elles possèdent en elle-même. La masse est une propriété secondaire qui résulte de l’interaction de particules sans masse avec le vide, qui, du coup, n’est pas vide. Le vide contient un champ quantique cad un champ qui est partout présent avec lesquels les particules qui n’ont pas de masse interagissent plus ou moins.

Si l’interaction est forte = les particules sont freinées et nous qui les regardons nous nous disons ‘’tient elles sont massives’’ et leur vitesse est + faible que la vitesse de la lumière.

Si les particules n’interagissent pas avec ce champ = elles vont à la vitesse de la lumière et nous nous disons ‘’elles n’ont pas de masse’’

Il y a donc un lien entre les propos de Galilée et le Bosons de Higgs :

Galilée dit que tous les corps tombent a la même vitesse et que les différences de vitesse que nous observons viennent de l’interaction des corps avec l’environnement qui est l’AIR.

Et les scientifiques actuels disent que toutes les particules sont sans masse et que les différences de masse que nous voyons entre elles, viennent de leur interaction différentes avec leur environnement qui est le VIDE (vide quantique).

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Mes interrogations :

Donc selon Galilée,

la vitesse d’un objet ne dépend pas de sa masse.

Les objets dans le vide => quand y’a pas d’air, peu importe la masse, les objets tombent en même temps.

Les objets sur terre = pas de vide donc air via ses frottements qui freinerait les objets + légers donc la pastèque tombera + vite que la pomme )

Et selon Newton,

le mouvement d’un corps, dans un champ de gravitation, est indépendant de sa masse car il remarque que si on choisit bien le système d'unité, la masse grave (responsable du poids d'un corps) et la masse inertiel (qui mesure la difficulté qu'il y a à modifier le mouvement d'un corps, qui mesure, en gros, son inertie*), sont égales.

Avec la loi universelle de newton, Newton exprime à la fois la force qui régit la chute des corps et le mouvement des planètes.

La force de gravitation : F = G (constante de Newton) x m (masse du corps qui la subit : masse grave) x M (masse du corps qui la crée : masse inertiel) / d² (distance entre les 2 corps)

Soit F = Gm M

-------

d²

l'inertie est la difficulté qu'il y a à mettre en mouvement un corps s'il est à l'arrêt ou bien à modifier son mouvement en l'accélérant ou en le freinant lorsqu'il est déjà en mouvement.

→ Donc à partir de ce constat, ça voudrait dire que la vitesse de chute des planètes, de la lune, du soleil…, peu importe leurs masses, serait identique, pareille et égale comme dit Galilée et Newton ou non comme dit Newton par sa formule ????

→ D'où vient la vitesse de trajectoire des planètes autour du soleil et de la lune autour de la terre ? Pourquoi elles ont une vitesse différente ? D'où leur vient-elle cette vitesse ?

→ Pourquoi dit-on que la lune tourne + vite (autour de la terre) que la terre autour du soleil ou que certaines planètes tourne vite que d’autres autour du soleil ? Les planètes tournent plus ou moins vite selon l'interaction des particules d'un corps (le leur ou ceux d'autres planètes ou ceux d'autres particules seules) avec le vide quantique. La force d'attraction entre 2 corps doit jouer aussi.

→ Pourquoi elle tournent sur elles-même ?

→ Pourquoi la lune ne tombe pas sur la terre ? Car la lune gravite (tourne autour) et selon newton si un objet est lancé a une grande vitesse, la vitesse compense l'attraction gravitationnelle et que donc la lune ne tomberait jamais sur terre. Si elle tournerait autour de la terre plus lentement, elle tomberait sur la terre. C'est donc grâce à sa vitesse de trajectoire qu'elle ne tombe pas. ''la trajectoire d’un corps dans un champ de gravitation ne dépend pas de sa masse mais de sa vitesse.''

Elles devraient toutes tomber avec la même vitesse !? Sauf si on utilise tous, par défaut, la lecture Aristotelicienne de la gravitation qui dit que tout mouvement d'un corps (une trajectoire), dans un champ de gravitation, dépend de sa masse...

→ La gravitation attire 2 corps entre eux ayant une masse. L'attraction crée le mouvement. Avec la loi universelle de newton, Newton exprime à la fois la force qui régit la chute des corps et le mouvement des planètes.

La force de gravitation : F = G (constante de Newton) x m (masse du corps qui la subit) x M (masse du corps qui la crée) / d² (distance entre les 2 corps)

Soit F = Gm M

-------

d²

Donc si la terre tourne autour du soleil c’est dû à la force de gravité qui attire la terre vers le soleil et qui fait tomber constamment La terre vers le soleil. Pourquoi en cercle et pas en ligne droite ? De part la loi universelle de Newton (la formule), la trajectoire est déterminée par la force de gravité F et qui se trouve être elliptique.

→ Le soleil tombe aussi ?

→ Le soleil tourne sur lui même ? Oui

→ Qu'entend-on par tomber ? c'est avancer vers que ce soit droite verticale ou horizontale ? Je pense que ça a l'air ça oui.

→ L'attirance physique et la répulsion entre 2 humains viendrait-elle également par ce procédé ? Si oui, par lequel ? de la gravité ? de la masse via l’interaction entre nos particules élémentaires et le champ magnétique du vide ? par les frottements de l'air ? par une autre force qui pousserait un être + léger vers un être plus lourd ? ou la gravité ne marche que dans la verticalité ?

→ Donc dans l’espace ce qui fait le mouvement c’est la gravitation ou la masse (l’interaction des particules élémentaires [sans masse] avec le vide quantique) ?

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Conclusion :

Il y a 3 moyens de découvrir ce qu’on peut savoir :

- l’observation

- l’expérience de pensée

- le calcul

→ Aristote fait une loi disant qu’un corps + lourd tombe + vite qu’un corps + léger. En gros, il dit que tout mouvement d'un corps (une trajectoire), dans un champ de gravitation, dépend de sa masse...style + le corps est lourd + il tombe vite.

→ Galilée reprend la théorie d’Aristote mais fait une expérience de pensée se disant ‘’Et si l’on reliait un objet lourd d’un objet léger par une ficelle ?’’. A partir de la même loi (d’Aristote), on aboutit à 2 résultats contradictoires. Galilée résout ce problème en disant que les corps chutent à la même vitesse quel que soit leur masse mais qu’il faut prendre en compte la résistance de l’air qui freine les objets les + légers.

→ Sur terre, l’observation nous fait dire qu'un objet de masse + grande tomberait plus vite qu’un objet de masse + légère (Aristote). ⇒ Vrai par l'observation mais pas dans l'expérience de pensée.

C’est à cause du frottement de l’air qui freine l’objet le + léger. (Galilée) (car les frottements de l'air en dessous des objets affectent + l'objet léger. Alors que si on enlève l'air en dessous d'elle, elle tombera aussi vite que l'objet + lourd) ⇒ Faux par l'observation mais pas dans l'expérience de pensée.

→ Newton dit que le mouvement d’un corps, dans un champ de gravitation, est indépendant de sa masse donc que les objets 'tombent' et avancent par attraction (grâce à la gravitation) à la même vitesse peu importe sa masse. (nlrd : dans le vide). Il reprend et évolue donc les conclusions de Galilée.

→ La gravitation ne joue pas sur la vitesse des chutes des corps car que la vitesse est indépendante de la masse et de la nature du corps qui tombe (Galilée), confirmé par newton qui disait que le mouvement d’un corps, dans un champ de gravitation, était indépendant de sa masse. Elle ne sert juste qu'à attirer, en orbite (pour pas que les objets tombent dans le vide), tout objet + petit autour d’un objet + gros. C'est donc elle qui crée la tombée des corps (leur mouvement) par l'attraction. Et la vitesse des chutes des corps (leur mouvement) est égale pour tout objet donc leur masse ne joue en rien sur la vitesse. (dans le vide car sur terre c'est les frottements de l'air qui donne une force sur le corps et influe sur sa vitesse).

→ Galilée qui invente le principe d’inertie avec ce genre de pensée ‘’Un corps qui n’est soumis a aucune force a un mouvement rectiligne et uniforme (cad un mouvement à vitesse constante qui ne s’arrête jamais). Hors tout mouvement que nous observons s’amortissent (sur terre). Galilée a invoqué l’idéal d’un mouvement qui ne s’amortit pas (dans le vide) pour expliquer l’amortissement des corps (sur terre). On sait aujourd'hui que l'arrêt est dû aux frottements divers qui freinent le mouvement. Aristote qui disait que pour qu’un corps soit mû, il faut qu’il soit mû par quelque chose. En gros, il dit ‘’si y’a plus de force, plus de mouvement’’ (sur terre oui mais pas dans le vide). Et Galilée dit ‘’non plus de force, mouvement perpétuel’’. (pas sur terre mais dans le vide). Le principe d’inertie est constamment contredit par l’observation. Et va devenir grâce à Newton, l’un des 3 principes fondamentaux de la mécanique.

(voir expérience de brian cox pour la BBC ici où l'on voit qu'ils ont vidé l'air d'une pièce et ont fait tomber une plume et une boule de bowling = ils tombaient en même temps car en fait ils ne tombent pas, ils restent immobile car pas de force contre, par contre elles paraissent tomber car attirés par la gravité d'un truc + gros en bas. D'ailleurs on voit bien qu'il y a mouvement perpétuel sans force mais juste avec la gravité). Galilée comme Newton avaient raison.

→ Nous savons depuis Einstein, que nos 3 dimensions d’espace et notre dimension de temps se regroupent en 1 seul objet physique : l’espace temps. Tout objet naissant à l’intérieur de l’espace, courbe et déforme l’espace temps autour de cet objet selon sa masse. Cette courbure et cette déformation de cette géométrie de l’espace temps s’appelle la gravitation. C’est Einstein qui la théorise avec la relativité générale. Donc + les objets sont massifs + l’espace temps se déforme.

E = mc2 (Énergie = masse x le carré de la vitesse de la lumière)

Nous pouvons dire, en science, qu’on ne doit pas se fier à l’observation. Une loi doit être également théorisée et expérimentée.

On peut tout à fait avoir raison contre les faits, tout simplement parce que les faits peuvent être mal interprétés. Tout comme l'observation d'Aristote qui a été mal interprété par les sorbonniens de l'époque et où Galilée avait réussi à interpréter. Les faits (la vérité) ne sont, donc, pas forcément ce que l'on voit. On dit souvent que les apparences sont trompeuses...

A méditer...

En savoir plus :

Le principe d'inertie

Le principe d'inertie - le principe de Galilée

Etienne Klein