10H – MEP – Force de gravitation

Posté le 06.08.2016 |


Quelques notes historiques sur la gravitation

Newton (1642 – 1727)

Newton, physicien anglais, est né l’année de la mort de Galilée. Entré au Trinity College de l’université de Cambridge en 1661, il effectua ses propres recherches et enseigna alors qu’il était encore étudiant.

Son ouvrage « Philosophae naturalis principia mathematica »,  paru en 1687, comporte trois sections et contient l’énoncé de la loi de la gravitation universelle et celui des trois fameuses lois de Newton.

Cet ouvrage exceptionnel inclut également une part importante sur les « processus du raisonnement en philosophie » et une multitude de découvertes en mathématiques et en physique (par exemple l’explication du phénomène des marées).

Einstein (1879 – 1955)

Albert Einstein a cherché à rendre compatible sa théorie de la relativité restreinte (1905) avec la théorie newtonienne de la gravitation. Dans cette dernière l’effet des forces est supposé se propager à une vitesse infinie, ce qui est en désaccord total avec le fait que la vitesse de la lumière est la vitesse maximale pour toute interaction selon la relativité restreinte.

Vers 1915, Einstein émettra l’hypothèse que la gravitation n’est pas une force au sens 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 de la matière qui s’y trouve. Cette hypothèse résulte de l’observation que tous les corps tombent de la même façon dans un champ de gravitation, quelles que soient leur masse 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, et la théorie newtonienne en est une approximation dans la limite des champs gravitationnels faibles et des vitesses petites devant celle de la lumière. En effet, les déformations de l’espace-temps prévues sous l’effet des corps massifs, quand ceux-ci ont une forte accélération, ne se propagent pas plus vite que la vitesse de la lumière, ce qui résout le paradoxe de l’instantanéité apparente de l’interaction newtonienne. Il en résulterait des ondes gravitationnelles, qui restent encore à observer.

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Quelques vidéos:

la gravitation selon Newton

la gravitation selon Einstein

les secrets de la gravité

 

Objectifs :

  • Connaître le vocabulaire
  • Savoir calculer la force de gravitation s’exerçant entre deux corps massifs
  • Savoir résoudre des problèmes faisant intervenir la force de gravitation.

 

Théorie :

 

Travail pratique:

détermination de la masse de la Terre à l’aide d’un pendule simple:

  • vidéo montrant que la période d’oscillation du pendule est indépendante de la masse : vidéo
  • fiche du TP: fiche

 

Exercices faits en classe:

FE 50, 51, 52, 53, 54, 55, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 68, 69

 

Exercices supplémentaires

série 1, série 2 (avec le corrigé)

 

Prétest:

prétest 1