Pesanteur - Définition

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Introduction

Schéma montrant la vitesse d'un objet en fonction du temps lorsqu'il subit une accélération de 1 g, la pesanteur de la Terre. Il ne tient pas compte de la résistance de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) ou de la vitesse (On distingue :) initiale.

Le champ de pesanteur (Le champ de pesanteur (ou plus couramment pesanteur) est un champ attractif auquel sont soumis tous...) (ou plus couramment pesanteur) est un champ attractif auquel sont soumis tous les corps matériels au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la...) de la Terre : on observe ainsi qu'en un lieu donné tous les corps libres tombent en direction du sol suivant la même direction, appelée verticale. À la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), le champ de pesanteur vaut approximativement 9,81 m/s². La force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) à laquelle est soumise un corps en raison de la pesanteur est appelée poids de ce corps et est directement reliée à la pesanteur par sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...).

Si l'essentiel de la pesanteur est d'origine gravitationnelle c'est-à-dire due à l'attraction mutuelle entre corps massifs, le fait que la pesanteur soit définie dans le référentiel terrestre et que la Terre soit en rotation autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de son axe introduit une correction sous la forme d'une force d'inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa...) centrifuge.

Cette définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...) est en fait généralisable aux autres planètes : on parle alors de pesanteur martienne par exemple.

Poids

Un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) de masse m dans un lieu où l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...) de la pesanteur vaut g, apparaît soumis à une force verticale, appelée poids de l'objet : P = mg.

En 1903, on a défini le kilogramme-force comme unité de mesure (En physique et en métrologie, les unités sont des étalons pour la mesure de...) force. C'était le poids d'une masse de 1 kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse dans le Système international...) en un lieu où l'accélération de la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) valait gn = 9,80665 m s-2, l’accélération de la gravité standard.

Le kilogramme-force est une unité obsolète, valant par définition 9,80665 Newton.

Origine de la pesanteur

La première description quantitative de la pesanteur a été donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire,...) par la loi universelle de la gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...) de Newton. La pesanteur à la distance R du centre d'un astre sphérique isolé formé de couches homogènes, et de masse totale M est dirigée vers le centre de l'astre et vaut  g=G \frac{M}{R^2} D'après Newton, il existe une force instantanée à distance entre deux masses m et M, valant G \frac{m M}{R^2}.

G=6,67259\times 10^{-11}\cdot m^3\cdot kg^{-1}\cdot s^{-2} ou N\cdot m^2\cdot kg^{-2}.

La théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de...) générale d'Einstein décrit comment l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise...) se courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du...) à cause de la présence d'une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) de masse. Cette théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) contient la même constante universelle de gravitation G que la théorie de Newton et coïncide avec elle tant que la pesanteur reste faible. La théorie de Newton est suffisante pour prévoir le mouvement des satellites (Satellite peut faire référence à :) artificiels, mais la théorie d'Einstein est indispensable pour assurer la synchronisation des horloges des satellites GPS.

Attraction gravifique

Selon Isaac Newton (Isaac Newton (4 janvier 1643 G – 31 mars 1727 G, ou 25 décembre...), qui formula la loi d'attraction universelle dans son ouvrage Principes mathématiques de la Philosophie Naturelle paru en 1687, deux points matériels P et Q, de masses respectives MP et MQ, s'attirent mutuellement avec une force dont l'intensité vaut F(P,Q) = \tfrac{GM_PM_Q}{d^2 (P,Q)}, où d(P,Q) désignent la distance séparant les points P et Q, et G la constante de gravitation de Newton valant (6,67259 \pm 0,00085)\cdot 10^{-11}\rm~m^3kg^{-1}s^{-2}. Cette force est portée par la droite joignant les points P et Q.

En P elle est orientée vers Q : F(P,Q) = F(P,Q)\tfrac{PQ}{d (P,Q)}.

En Q, elle est orientée vers P : F(Q,P) = F(P,Q)\tfrac{QP}{d (P,Q)}.

Dans la suite, P désignera en général le point (Graphie) attiré (on dit aussi le point potentié) et Q le point attirant (ou point potentiant). Nous admettrons que P est une particule-test de masse unitaire (MP = 1). La force attirante s'exerçant en P est alors une force par unité de masse, ou force spécifique, appelée gravité ou force gravifique. Nous la dénoterons ici X(P,Q).

On a donc :

X(P,Q) = \frac{F(P,Q)}{M_P} = G\,M_Q\,P\,Q\,d^{-2}(P,Q).

Les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) de cette force gravifique, qui selon la première loi de Newton communique une accélération \mathbf g (appelée accélération gravifique) à la masse unitaire en P, sont donc celles d'une accélération, c'est-à-dire LT − 2. La grandeur X s'exprime donc en m / s2.

Un corps tel que la Terre est composé d'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) quasi-infini de points massiques, en sous-entendant par point massique un point discret tel un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) ou une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...). La Terre dans son entièreté — ou toute partie de celle-ci — induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) sur la particule-test en P une force d'attraction X résultant (En mathématiques, le résultant est une notion qui s'applique à deux polynômes....) de la sommation vectorielle des forces exercées individuellement par tous les points massiques.

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