Gravitation - Définition et Explications

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La modélisation de Galileo Galilei (1564-1642)

Galilée ne se préoccupe guère du problème de la chute dans le vide d'objets de natures différentes : il a déjà beaucoup à faire avec la chute de sphères de métal, des corps graves, sur la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) elle-même sphérique ; de plus, la notion de vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) est absente de sa pensée (la découverte de la notion physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) de vide par Torricelli, élève de Galilée (Galilée ou Galileo Galilei (né à Pise le 15 février 1564 et mort à Arcetri près de Florence,...), n'a lieu qu'en 1644).

Par une expérience du haut de la tour de Pise (La tour penchée de Pise (torre pendente di Pisa en italien) est un des symboles du centre de...), il aurait constaté que des balles lourdes et de poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) différents ont le même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de chute, mais, quand il affirme que la vitesse (On distingue :) de chute ne dépend pas du poids de l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...), la raison qu'il expose tient à des expérimentations sur des pendules aux poids différents.

Vers 1604, Galilée utilise un constat : quand on lâche un objet, sa vitesse initiale est nulle, et arrivé au sol sa vitesse… n'est pas nulle. Donc la vitesse varie durant la chute ! Galilée propose une loi simple : la vitesse serait proportionnelle au temps écoulé depuis le début de la chute.

Ainsi : vitesse = constante×temps écoulé

Il en conclut, par un calcul qui s'approche du calcul intégral (Le calcul intégral est la deuxième des idées du calcul infinitésimal.) (qui sera formellement inventé par Isaac Newton (Isaac Newton (4 janvier 1643 G – 31 mars 1727 G, ou 25 décembre...) et Gottfried Wilhelm von Leibniz près de 80 ans plus tard), reprenant la démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir...) établie plus de deux siècles auparavant par Nicolas d'Oresme, que, pendant une chute, la distance parcourue est proportionnelle au carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses...) du temps écoulé.

Plus précisément : distance = constante×0,5×temps écoulé2

Son idée est confirmée dans une expérience, avec du matériel construit de sa main : une gouttière inclinée le long de laquelle des clochettes sont disposées pour indiquer le passage de la bille.

La constante sera notée g (voir pesanteur) et sa valeur déterminée expérimentalement : g = 9,81 m·s-2.

Aujourd'hui, encore cette modélisation reste satisfaisante pour toutes les activités humaines qui se font au niveau du sol de la Terre.

La modélisation d'Albert Einstein (1879-1955)

Depuis la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale...), la gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...) n'est plus perçue comme une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) d'attraction, mais plutôt comme une manifestation de la déformation de la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) de l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise...) sous l'influence des objets qui l'occupent.

Après avoir énoncé la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de...) restreinte en 1905, Albert Einstein cherche à la rendre compatible avec la gravitation dont la force se propage à une vitesse infinie, dans la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de Newton, alors que la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour...) est la vitesse maximale pour toute interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) selon la relativité restreinte (La relativité restreinte est la théorie formelle élaborée par Albert Einstein...).

Vers 1915, la solution viendra de l'hypothèse que la gravitation n'est pas une force au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) usuel que l'on donne à ce mot en physique, mais une manifestation de la déformation de l'espace-temps sous l'effet de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) qui s'y trouve. Cette hypothèse est une conséquence de l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) que tous les corps tombent de la même façon dans un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de gravitation, quelles que soient leur masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) ou leur composition chimique. Cette observation, a priori fortuite, en théorie newtonienne, et remarquablement vérifiée expérimentalement, est formalisée sous le nom de principe d'équivalence et amène naturellement à considérer que la gravitation est une manifestation de la géométrie de l'espace-temps.

La théorie ainsi construite, qui porte le nom de relativité Générale, incorpore le principe de relativité (Le principe de relativité affirme que les lois physiques s'expriment de manière identique...), et la théorie newtonienne en est une approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de...) dans la limite des champs gravitationnels faibles et des vitesses petites devant celle de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...). En effet, les déformations de l'espace-temps prévues sous l'effet des corps massifs, quand ceux-ci ont une forte accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...), ne se propagent pas plus vite que la vitesse de la lumière, ce qui résout le paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un...) de l'instantanéité apparente de l'interaction newtonienne. Il en résulterait des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) gravitationnelles, qui restent encore à observer.

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