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La gravitation

Mercredi 03 juin 2009

Comprendre les 4 forces qui régissent notre univers est très simple ! Je vous propose en plusieurs articles de comprendre chacune de ces forces de manière ludique et imagée, puis aller plus loin jusqu’aux recherches contemporaines dans ce domaine. Vous allez voir, ce sont des concepts physiques simples. Première des forces :

La Gravitation

Nicolas Copernic, en 1543, s’intéresse au mouvement des étoiles qu’il observe dans le ciel. Il ne comprend pas leur mouvement. Il trouve un raisonnement logique et énonce que les planètes tournent autour du Soleil. Il a raison ! Sauf qu’il se place dans le système de Ptolémée, appelé Géocentrisme, c’est-à-dire le référentiel selon lequel la Terre est immobile et où tout tourne autour d’elle, y compris le Soleil.

Johannes Kepler, en 1609, énonce trois lois extraordinaires ! Il se place lui dans le référentiel héliocentrique selon lequel le Soleil est au centre de l’univers, et il s’intéresse au mouvement des planètes autour du Soleil.

• Loi des orbites : les planètes qui tournent autour du Soleil ont une trajectoire elliptique. On en déduit la force centripète, c’est-à-dire que la planète exerce en permanence une force perpendiculaire à sa trajectoire (la corde d’une fronde que l’on fait tourner est toujours tendue).
• Loi des aires : construction graphique qui permet de déduire que la force qu’exerce la planète est toujours dirigée vers le Soleil. Une célèbre citation de Kepler à ce sujet : “Une chose est certaine : du Soleil émane une force qui saisit la planète.”
• Loi harmonique : étude mathématique qui explique pourquoi le mouvement des planètes autour du Soleil est le même (une ellipse) quelque soit la masse de la planète. Il explique que ce qui émane du Soleil est une force unique et constante qu’il appelle la gravitation universelle.

Isaac Newton, en 1665, se pose la question de savoir pourquoi une pomme qui tombe d’un arbre touche le sol alors qu’elle devrait s’écraser sur le Soleil selon Kepler ! Et oui, une pomme sur la Terre tourne elle aussi autour du Soleil. Son explication est de dire que la gravitation est liée à la masse la plus importante à proximité. La Terre est beaucoup plus importante que le Soleil pour la pomme qui tombe de l’arbre. Elle est donc soumise à la gravitation terrestre, la Gravité, et est régie par les mêmes lois de Kepler (trajectoire elliptique, force d’attraction toujours dirigée vers le centre de la Terre). Newton réunit le ciel et la terre par sa théorie. Pour cela, il se place dans le référentiel Newtonien centré sur le Soleil mais non figé dans l’univers. La mécanique newtonienne, ou mécanique classique, est un fondement inébranlable de notre physique, jusqu’à la découverte de Albert Einstein, mais c’est une autre histoire !