Chaos III : Un peu de mécanique

La pomme et la lune

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Pendant longtemps, la physique fut dominée par la pensée d’Aristote. Comme le rappelle le film, « chaque objet a son lieu qui lui est propre et si on l’en détourne, il fait ce qu’il peut pour y retourner. Tout ce qui nous entoure cherche son équilibre naturel. Une pomme tend à aller vers le bas puisque c’est sa nature. La Lune tourne autour de la Terre parce que c’est sa nature. »
 

Il a fallu attendre le XVIIe siècle pour qu’à la suite des travaux de nombreux savants, notamment Galilée (1564-1642) sur la chute des corps, Newton (1643-1727) imagine la loi de la gravitation universelle :

« Deux corps s’attirent avec une force proportionnelle à chacune des masses, et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. »

 

 

Tous les objets, par exemple une pomme ou la Lune, sont attirés par la Terre : c’est la force de pesanteur, le poids, qui s’applique à tout ce qui nous entoure. Dans le voisinage d’un pommier, la pesanteur est à peu près constante et, si une pomme se détache, la force de pesanteur agit et modifie la vitesse de cette pomme. C’est la deuxième grande idée de Newton : les forces modifient les vitesses.

Mais Newton va plus loin encore et nous explique comment calculer une trajectoire lorsque l’on connaît les forces qui s’exercent sur un objet. Les idées de Newton se résument dans l’une des formules les plus simples et les plus fondamentales de la physique : F = m · a, où F est la force qui s’exerce sur l’objet, m sa masse et a son accélération. Connaissant les forces qui s’exercent sur un objet, l’on déduit de cette formule l’accélération de ce dernier. Si de plus l’on connaît la position initiale de l’objet ainsi que sa vitesse initiale, la boule de cristal newtonnienne nous permet de prévoir sans ambiguïté le futur du mouvement.

Nous avons alors tous les ingrédients pour assister à de belles chorégraphies planétaires. Trois planètes, qui ne seraient soumises qu’aux forces qu’elles s’exercent sur elles-mêmes, pourraient parfaitement décrire un mouvement périodique le long d’une même trajectoire. Et bien d’autres chorégraphies sont possibles encore.

À la question de savoir pourquoi la Lune ne tombe pas sur la Terre, Newton répond finalement que... la Lune tombe sur la Terre tout comme une pomme ! Si la Terre n’avait jamais exercé aucune force dans son voisinage, la Lune, lancée à vitesse constante dans l’espace, aurait suivi une trajectoire rectiligne, ignorant la Terre, et serait désormais partie bien loin. Mais en fait la force de gravitation de la Terre infléchit à tout instant la trajectoire de la Lune, de sorte qu’elle se retrouve en chute perpétuelle autour de la Terre. Il aurait « suffi » que la Lune fût lancée un peu moins vite ou que la force de gravitation de la Terre fût un peu plus forte pour que nous n’évitions pas la catastrophe...

Étudier le système solaire, avec ses huit planètes principales et ses milliers d’objets secondaires, tous en interaction, n’est décidément pas une chose facile. Quant au mouvement de l’atmosphère et de ses innombrables molécules, imaginez un peu... Et pourtant, étudier les trajectoires d’un champ de vecteurs qui dépend d’un grand nombre de variables, c’est bien le véritable défi que nous a lancé le grand Newton.

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Commentaires

Voir ce premier film donne

Voir ce premier film donne envie de suivre la suite des développements. C'est là un remarquable travail de vulgarisation qui devrait pouvoir être utilisé dans bien des situations. Mon association (GAP47 - observatoire astronomique du Fumélois), qui reçoit de nombreux visiteurs, scolaires en particulier va se pencher dessus avec grand intérêt. Je cours voir les conditions de licence.

Les séquences de dessins

Les séquences de dessins animées qui illustrent ce film sont ceux de Tex Avery, dont les personnages "défiaient les lois de la pesanteur" pour notre plus grand bonheur, et non de Walt Disney comme cela est dit dans par le commentateur du film.

Les films sont superbes.