Nos illusions
Nos sens et le langage ne décrivent pas la réalité
Mouvement rectiligne uniforme
Dans un référentiel terrestre : « Tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si les forces qui s’exercent sur lui se compensent ».
Jusqu’à ce que j’aille au lycée, il était évident pour moi, et pour les autres aussi qu’un objet mobile qui n’était soumis à aucune force (on ne le tire pas, on ne le pousse pas) s’arrêtait au bout d’un moment. Lorsque je donne une pichenette à une bille pour la faire rouler, elle s’arrête rapidement. Lorsque sur mon vélo, je cesse de pédaler, il s’arrête aussi. Oui, c’est normal.
Mais Galilée, puis Newton en ont décidé autrement en énonçant le principe d’inertie.
Ils ont décidé que tout corps, tout objet qui n’est soumis à aucune force, on ne le tire pas, on ne le pousse pas, et soit immobile s’il l’était déjà, soit animé d’un mouvement rectiligne uniforme s’il était déjà en mouvement ou si on lui donne une petite pichenette.
Notre objet continuerait indéfiniment à se déplacer en ligne droite selon une vitesse constante, celle qu’il avait acquise au début avec la pichenette.
Leur principe paraît totalement faux compte tenu de l’expérience qu’on peut avoir.
C’est peut-être exact dans un autre monde, mais pas chez nous !
Pourtant si on réfléchit…..
Soit l’animation ci-dessous
Prenons la première voiture : on suppose qu’au moment où on clique sur son bouton elle a déjà démarré.
Deux forces s’exercent sur elle.
Une force rouge F représente la traction due à son moteur qui la fait avancer.
Une force bleue R qui est la somme de toutes les forces qui ont tendance à retenir la voiture : les frottements des 4 pneus sur la route et la résistance de l’air. Or ces deux forces ont la même intensité mais sont opposées. Le résultat, la résultante, est une force nulle. C’est comme si la voiture ne subissait aucune force puisque les deux forces se compensent.
En cliquant sur le bouton de cette voiture 1 on s’aperçoit que la voiture avance en ligne droite à une vitesse constante. Elle continuera son chemin ainsi indéfiniment tant qu’elle aura de l’essence (tant que la force rouge F sera encore active). Cette situation correspond à celle où le conducteur maintien son pied immobile sur l’accélérateur.
Passons à la deuxième voiture.
La force rouge F’ est supérieure à la force bleue R’. Une force constante égale à la différence entre les deux forces F et R tire la voiture vers l’avant. Mais cette fois la voiture accélère, sa vitesse augmente régulièrement, elle roule de plus en plus vite. C’est un mouvement rectiligne uniformément accéléré. L’accélération est constante, uniforme. Tant que le conducteur apuira à fond sur l’accélérateur, la voiture subira ce mouvement indéfiniment.
Enfin la troisième voiture.
On suppose aussi que la voiture roulait déjà au moment du clique sur le bouton.
La force rouge F » est inférieure à la force bleue R ». Une force constante égale à la différence entre les deux forces bleue et rouge a tendance à tirer la voiture en arrière et donc de la ralentir jusqu’à ce qu’elle s’arrête.
Voiture 1 les deux forces F et R sont opposées et se compensent. La voiture se déplace selon un mouvement rectiligne uniforme.
Voiture 2 la force F’ est supérieure à la force R’. La voiture se déplace selon un mouvement rectiligne uniformément accéléré.
Voiture 3 : la force F » est inférieure à la force R ». La voiture se déplace selon un mouvement rectiligne uniformément retardé.
L’astronaute est sur la station. Aucune force ne s’exerce sur lui. Il est immobile.
Il a oublié de s’attacher pour être en sécurité. En cliquant sur le bouton : Il fait un faux mouvement du pied droit ce qui correspond à une impulsion Il est projeté hors de la station et aucune force ne s’exerce sur lui et dans l’espace il n’y a pas de forces de frottements ou de résistance de l’air. Il est soumis à un mouvement rectiligne uniforme (avec une vitesse constante) qui ne s’arrêtera jamais.
Pour faire réapparaître l’astronaute il faut cliquer à nouveau une fois sur le bouton.
la chute des corps
En cliquant sur le bouton 1.
Selon Aristote plus un corps est lourd, plus il tombe rapidement. Sa vitesse de chute serait donc proportionnelle à son poids.
C’est ce qu’on a tendance à penser en se référent à ce qu’on peut voir et à notre intuition, à notre bon sens.
La petite bille rouge tomberai plus lentement que la grosse boule bleue.
En cliquant sur le bouton 2
Le raisonnement de Galilée
Admettons que le corps lourd tombe plus vite que le corps léger. Si on attache ensemble ces deux corps, le corps léger ralentira le le corps lourd et l’assemblage des deux devrait tomber moins vite que le corps lourd.
Mais une fois qu’ils sont solidement attachés l’un contre l’autre, les deux corps forment un nouveau corps plus lourd qui devrait tomber plus rapidement que le corps lourd.
En même temps les deux corps attachés ensemble devraient tomber plus lentement et plus rapidement que le corps lourd. Ce qui est contradictoire.
Galilée en déduit que les deux corps séparés doivent tomber à la même vitesse.
Avec l’animation, il était difficile de traduire cette contradiction, j’ai donc réuni les deux la bille et la boule par une ficelle rigide, non élastique. On voit que si les deux corps ne tombent pas à la même vitesse, la ficelle devrait s’allonger ce qui est impossible. Donc….
En cliquant sur le bouton 3
La bille et la boule tombent à la même vitesse.
Cependant si on fait l’expérience avec une plume et une bille, en les lâchant en même temps du haut d’un immeuble par exemple, on s’aperçoit que la bille arrivera à terre nettement avant la plume. Donc cette loi de la physique est fausse.
Explication :
La plume et la bille sont lâchées sur terre dans l’air et dans ces conditions deux autres forces s’exercent sur chacune d’elle, la résistance de l’air et la poussée d’Archimède qui sont respectivement proportionnelles à la surface et au volume de chacune d’elle. Grâce à l’air la plume va avoir tendance à flotter alors que la bille tombera directement.
Dans le cas de la bille et de la boule la résistance de l’air et la poussée d’Archimède sont négligeable par rapport au poids et les deux arriveront pratiquement en même temps sur le sol avec un décalage imperceptible à l’oeil mais qui pourrait être mesurer.
Donc c’est dans le vide que deux corps tombent à la même vitesse.