Vendredi 15 avril 2016 à 10:28

Sciences et techniques

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    Un de mes plus jeunes correspondant, qui est en 4ème, me dit que leur professeur leur a fait un cours sur l’attraction universelle entre les planètes et les astres, et également sur l’attraction terrestre. Il leur aurait dit que, pour des corps qui auraient des qualités aérodynamique égales, si on les jetait d’une grande hauteur, ils arriveraient en même temps au sol en même temps.
    Mais il ne leur a pas expliqué pourquoi et mon correspondant n’arrive pas à croire qu’une plume, un bout de bois et une bille d’acier tomberaient de façon identique.
    En fait mon correspondant a raison, mais son professeur aussi, car ils ne parlent pas de la même chose.


    Mon correspondant a raison : s’il laisse tomber, même de 2 mètres de haut seulement une plume et une bille d’acier, cette dernière arrivera la première, alors que la plume tournoiera doucement dans l’air en en descendant.
    Mais le phénomène est dû à la résistance de l’air et aux qualités aérodynamiques de la bille et de la plume qui dont très différentes.
    La bille est une sphère; l’air s’écoule facilement autour d’elle et même si la résistance augmente avec la vitesse, elle restera assez faible. Mais si on avait lâché la bille de très haut (4000 m par exemple), la résistance de l’air augmentant comme le carré de la vitesse, la bille aurait fini par ne plus accélérer, car les forces de frottement de l’air auraient été équivalente à l’attraction terrestre (la pesanteur).
    Cette force d’attraction terrestre est proportionnelle à la masse m de l’objet et lui confère une accélération g en l’absence de toute autre force :  f = m g

    Mais le professeur avait bien dit : des objets ayant des qualités aérodynamiques égales, c’est à dire la même résistance de l’air à leur chute, et dès lors il a raison.
    En général on préfère ne pas parler d’aérodynamique, mais de dire que la chute se fait dans le vide, dans un tube où il n’y a pas d’air (donc pas de force aérodynamique de frottement).

    Alors pourquoi une bille d’acier et un bout de bois beaucoup plus léger arriveront en même temps.?

    Votre professeur ne vous a pas encore expliqué ce qu’est « l’inertie ».
    Si vous avez reposant sur la route plate et sans pente, dont la réaction compense la pesanteur, une voiture d’une tonne, et une voiture jouet de 300 grammes et que vous poussiez dessus pour les faire rouler, cela ne posera pas de problème à faire avancer votre jouet, mais, même avec les freins non serrés, vous aurez beaucoup de mal à faire bouger la voiture qui est très lourde.
    En effet, si l’on veut faire bouger un corps, et donc lui communiquer une vitesse, il faut d’abord exercer sur lui une accélération G pour atteindre cette vitesse, et le corps résiste : cela s’appelle l’inertie. Cette inertie est proportionnelle à la masse du corps et pour faire bouger le corps, il faut exercer une force m G, pour vaincre cette inertie et lui donner une certaine accélération G.   
    Cette inertie, l’opposition des corps au mouvement, est, comme l’attraction des corps, une des lois fondamentales de la nature et de la physique.
    
    Revenons à la chute de deux corps de masses différentes, par exemple dans un rapport 1000, mais dans le vide ou supposant les résistances de l’air identiques.
    Les forces en présentes sont la pesanteur et l’inertie : la pesanteur entraine 1000 fois plus vite le corps mille fois plus lourd, mais la force inertielle le retient 1000 fois plus,; ces deux effets se compensent et les deux corps atteignent finalement les mêmes vitesses, dont s’ils ont été lâchés en même temps, parviennent en même temps à l’arrivée au sol.

    Il y a cependant un petit bémol : c’est que la masse gravitationnelle doit être égale à la masse inertielle, pour que, pour une même accélération g = G,  les forces m gravitation g et m inertie Gsoient identiques Toute la physique des mouvements est basée sur cette hypothèse qui n’a jamais été prise en défaut, lors de mesures.
    Cependant les études faites sur l’origine du monde et le « bigbang » laissent supposer que, peut être, à l’origine, cette égalité n’était pas totale, mais dépendait de la nature chimique des corps.
http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences2/IMG.jpg    Les physiciens font actuellement une expérience étonnante correspondant au schéma ci contre, qui aura lieu dans des conteneurs situés dans un satellite. Deux cylindres coulissants l’un dans l’autre chutent dans le vide. Dans un premier cas deux cylindre de platine et dans un second cas un cylindre de platine dans un cylindre de titane. Les deux cylindres de platine arriveront en même temps, mais qu’en sera t’il des deux cylindres de métaux différents.
    Evidemment s’il y a une différence, elle est très faible : la mesure du temps se  fera à 10-15 seconde près (un millionième de milliardième de seconde). C’est cent fois mieux que les mesures réalisées jusqu’à présent.
    L'expérience aura lieu très prochainement, le 22 avril 2016.
    Si jamais on décelait une différence et qu’elle ne soit pas due à un artefact, un nouveau domaine de la physique verrait le jour.

    Si vous voulez avoir plus de renseignements vous pouvez voir à l’adresse suivante l’explication de la mission « Microscope », mais je vous préviens, l’article n’est pas simple et facile à lire, même si c’est très bien expliqué..
https://www.oca.eu/IMG/pdf/seminaire_Microscope-Artemis-Mai2015.pdf
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