Histoire de la gravitation
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La loi de la gravitation universelle est énoncée par Newton en 1687.
Comme toute loi célèbre , elle a une pré-histoire.
Galilée(1564-1642)
Dès que Galilée énonce ( vers 1602 , publiée dans les Dialogo (1628)) sa fameuse loi de la chute des corps(voir chute libre), résumée en z= 1/2 . g. t^2 pour dire vite, plusieurs problèmes se posent:
Déjà, il est faux de dire que le champ de gravitation est uniforme : Galilée évidemment sait bien que la Terre est ronde et que les "gens d'en bas" avec leur tête à l'envers sont attirés tout comme nous . Donc la gravité attire vers le centre de la Terre, tout comme Aristote l'avait dit ( sauf que le mot attraction n'est pas utilisé).
Galilée n' a aucune conscience du fait que la Lune tombe sous l'effet de la même force. Il existe un monde sublunaire et un monde céleste: il y a dialogue sur les deux grands systèmes du monde ( voir Galilée).Il s'occupe essentiellement de la pesanteur terrestre ( même si en 1610, il a pointé sa lunette vers le ciel( le messager céleste,1618));
Son premier problème est de comprendre pourquoi 1kg de plomb tombe comme 2kg de plomb ( nonobstant la résistance de l'air , bien sûr).Son raisonnement est très subtil. Plutôt que de le reprendre, examinons un problème similaire : la chute ralentie d'un pendule simple : le mouvement de 2 pendules identiques, placés côte à côte est évidemment exactement le même ( identité des causes : identité des effets). Lions, "par la pensée", les deux masses : rien n'est changé ; et pourtant c'est bien un pendule de 2kg qui se balance maintenant.C'est un argument du même type qu'utilise Galilée : le mouvement d'un pendule ou de n'importe quelle chute ralentie sans frottement est indépendant de la masse ponctuelle qui glisse (en translation) le long de la courbe.
Remarque : Attention! il y a une subtilité. On a bien dit en translation! Soit une lentille circulaire de laiton du type de celle d'une franc-comtoise. Extrayons-en la partie centrale, c'est à dire un petit disque , faisons en deux pendules, (l'un annulaire donc , et l'autre petit et discal) , en ayant soin de les lancer simultanément, avec le même centrage : on pourrait penser que les deux auront même mouvement, et donc que c'est aussi celui de la lentille non percée : FAUX. On constate que la lentille annulaire va moins vite que le pendule formé avec le disque central.C'est par un raisonnement remarquable que Huygens déjouera cette subtilité en inventant la théorie du pendule pesant composé : il faut en effet compter que les disques "tournent" un peu dans le référentiel du laboratoire, or il y a inertie à la rotation différente pour une même masse , discale ou annulaire.
En réalité , pour réaliser l'expérience correcte de Galilée il faut opérer en translation en suspendant le pendule par deux fils égaux parallèles et qui le resteront au cours du mouvement: alors , il est tout à fait remarquable de voir que le pendule annulaire et le pendule discal restent centrés et ont même mouvement que la lentille pleine.
On peut alors remplacer le pendule discal par n'importe quel matériau : même mouvement.
Newton avait inventé une astuce légèrement différente: ses pendules présentaient une petite boîte logée exacrement à la distance du pendule simple synchrone du pendule pesant composé. Et juste en ce point, il y glissait grains d'or, ou de plomb , ou de n'importe quoi : les mouvements des pendules restaient identiques!
Il y a donc deux faits remarquables , dans l'énoncé de Galilée :
- le moins important auquel pourtant on attache le plus d'importance : z varie comme t^2 , ou ce qu'a "vérifié" Galilée : la vitesse moyenne est la moitié de la vitesse finale (identique du point de vue mathématique cf chute libre ,cinématique).
- le plus important : l'indépendance de la masse , quels que soient les corps. Ce fait d'expérience est le principe de base de la relativité générale : le Principe d'équivalence.
Il n'est pas si facile de le tester avec précision et depuis Galilée, les expériences n'ont jamais cessé, avec de plus en plus de raffinements ( balance d'Eotvos,...).
Descartes(1596-1650)
L'autre savant important au début de ce XVIIème siècle est Descartes
Voir aussi
- pendule pesant: y est rapporté l'expérience de Galilée.
- pendule pesant composé de Huygens : on donne la formule de la période du pendule.