Si vous laissez tomber un objet, il tombera. C’est une motion que nous avons tous vue des centaines de fois. Nous avons également tous vu beaucoup de la lune, qui fait une orbite complète autour de notre planète tous les 27,3 jours (vue de la Terre). La chute et l’orbite peuvent sembler être des types de mouvement radicalement différents, mais ce n’est pas le cas ! La même physique les explique tous les deux.
Il y a une histoire célèbre à propos d’Isaac Newton faisant la connexion grâce à une pomme qui tombe. (Ce n’est probablement pas vrai, mais ça pourrait l’être.) Pourtant, sa réalisation est assez étonnante, alors je vais vous guider tout au long du processus. Cela inclut certains concepts que les gens vivant aujourd’hui pourraient considérer comme allant de soi, mais la construction de connaissances comme celle-ci n’est pas anodine, et Newton n’a pas tout compris par lui-même. Il s’est appuyé sur les idées de Galilée, qui a étudié le mouvement des chutes d’objets, de Robert Hooke, qui a exploré les effets des choses se déplaçant en cercles, et de Johannes Kepler, qui a produit des idées sur les mouvements des planètes et de la lune.
Chute d’objets
Commençons par ce qui arrive à un objet lorsqu’il tombe. Au troisième siècle avant JC, Aristote affirmait qu’un objet massif tomberait plus vite qu’un objet de faible masse. Cela semble raisonnable, non ? Cela semble correspondre à ce que nous voyons – imaginez que vous laissiez tomber un rocher et une plume en même temps. Mais Aristote n’était pas doué pour tester ses théories par des expériences. Il semblait logique qu’un objet plus lourd tombe plus vite. Comme la plupart de ses pairs philosophes, il a préféré arriver à des conclusions basées sur la logique du fauteuil.
Aristote a également estimé que les objets tombent à une vitesse constante, ce qui signifie qu’ils ne ralentissent ni n’accélèrent au fur et à mesure qu’ils avancent. Il est probablement arrivé à cette conclusion parce que les objets tombés tombent rapidement et qu’il est vraiment difficile de repérer les changements de vitesse à l’œil nu.
Mais beaucoup plus tard, Galileo Galilei (qui portait son prénom parce qu’il trouvait ça cool) a trouvé un moyen de ralentir les choses. Sa solution consistait à faire rouler une balle sur une rampe au lieu de la laisser tomber. Faire rouler la balle à un très léger angle permet de savoir beaucoup plus facilement ce qui se passe. Cela pourrait ressembler à ceci :
Vidéo : Rhett Allin
Maintenant, nous pouvons voir que lorsque la balle roule sur la piste, sa vitesse augmente. Galileo a suggéré que pendant la première seconde de mouvement, la balle augmentera en vitesse d’une certaine quantité. Il augmentera également de la même quantité de vitesse dans la seconde de mouvement suivante. Cela signifie que pendant l’intervalle de temps entre 1 et 2 secondes, la balle parcourra une plus grande distance qu’elle ne l’a fait dans la première seconde.
Il a ensuite suggéré que la même chose se produise lorsque vous augmentez la pente de l’angle, car cela produirait une plus grande augmentation de la vitesse. Cela doit signifier qu’un objet sur une rampe complètement verticale (ce qui serait la même chose qu’un objet qui tombe) augmenterait également en vitesse. Boum, Aristote avait tort ! Les objets qui tombent ne tombent pas à une vitesse constante, mais changent de vitesse. La vitesse à laquelle la vitesse change est appelée accélération. À la surface de la Terre, un objet largué accélérera vers le bas à 9,8 mètres par seconde par seconde.
Nous pouvons écrire mathématiquement l’accélération comme un changement de vitesse divisé par le changement de temps (où le symbole grec Δ indique un changement).
