Canalblog
Editer l'article Suivre ce blog Administration + Créer mon blog
Publicité
Les Alterformistes Déchainés [LAD]
Les Alterformistes Déchainés [LAD]
5 mai 2008

Introduction à la physique contemporaine et à l'astrophysique - 2.

La mécanique Newtonienne

          Isaac Newton (25 décembre 1642 - 31 mars 1727 ) est le précurseur de la mécanique moderne. Avec Galilée, le temps avait fait son entrée dans la description du mouvement et était née la cinématique. C’est grâce à Newton, que l’on assista à la naissance de la dynamique, celle-ci se distinguant de la première par le fait que le mouvement y est considéré en même temps que ses causes, ou plutôt les causes de ses modifications. En effet, pour Newton, en accord avec le principe d'inertie de Galilée et contre l'avis d'Aristote, les forces ne créent pas le mouvement, mais le modifient, "l'inertie" (ou "masse inertielle") étant la résistance naturelle des corps face aux forces.

Ø  Première loi de Newton ou principe d’inertie :

"un corps isolé, sur lequel aucune force n'agit, reste au repos ou garde la même vitesse rectiligne uniforme".  De manière équivalente pour un corps de masse constante, on peut dire que la quantité de mouvement se conserve, ce principe de conservation de la quantité de mouvement s'étant par la suite révélé fondamental en physique ;

Ø  Deuxième loi de Newton ou principe fondamental de la dynamique :

"si, pendant une durée infiniment courte, une force agit sur un corps, la quantité de mouvement de ce corps est modifiée, dans la direction de la force, d'une quantité égale au produit de la force par la durée". L'accélération a étant égale à la variation de la vitesse par unité de temps, on peut montrer que cette loi s'écrit également, pour un corps de masse inertielle "m" constante, sous la forme plus connue (introduite par Euler en 1737)  F = m a ;

Ø  Troisième loi de Newton ou principe des actions réciproques :

"si un corps A exerce sur un corps B une certaine force, alors le second exerce sur le premier une force de même intensité, mais de direction opposée".

          Contrairement aux lois de Kepler, qui décrivent de manière globale le mouvement des planètes, les lois de la dynamique de Newton associées à sa loi pour la gravitation en donnent une expression locale et instantanée. Pour la première fois dans l'histoire, le mouvement n'est plus considéré dans sa globalité et la notion de causalité commence à prendre la place de celle de finalité.

          On peut très bien imaginer un corps qui ne subisse aucune force, mais ne reste pas au repos par rapport à un autre corps si ce dernier est mis en mouvement. Et réciproquement puisque le mouvement est relatif. De plus, pour Newton cette "inertie" des objets devait pouvoir s'expliquer pour ne pas rester une sorte de "principe mystique". La "solution" à ces deux problèmes passait pour Newton par la nature de l'espace.

L'espace et le temps newtoniens

          La base de la physique newtonienne est la supposition de l'existence d'un espace absolu, réceptacle de toute la matière et qui lui préexiste. Plus précisément, cet espace est un espace tridimensionnel vérifiant les propriétés de la géométrie créée par Euclide. Alors que Galilée avait affirmé que "le livre de la nature est écrit dans le langage mathématique", Newton alla donc même jusqu'à décrire l'espace comme un objet mathématique. Et sa mécanique allait être si complète et efficace pour décrire les phénomènes observables que ce n'est que longtemps après l'invention des géométries non-euclidiennes que l'on comprit que l'affirmation de Newton n'était pas une vérité absolue sur la nature de l'espace.

          L'espace newtonien est donc un réceptacle inerte de la matière, ce qui allait exactement à l'opposé des idées d'autres, tels Descartes ou Leibniz, pour qui l'espace n'existait pas "en soi", mais uniquement par la présence de matière, par son étendue. Les corps immobiles, ou en mouvement rectiligne uniforme, le restaient, en quelques sortes, uniquement parce que l'espace, inerte, les "retient", lorsque l'on cherche à les ralentir et/ou accélérer. Mais Newton ne souhaitait initialement pas adhérer à un modèle mécaniste de l'espace, comme celui de Descartes, qui pensait pouvoir expliquer l'attraction gravitationnelle et l'inertie à l'aide de l'action d'une multitude de "tourbillons". Durant un moment, Newton espéra pouvoir décrire sa dynamique (inertie et gravitation incluses) comme l'effet d'un "bombardement" de particules sur le corps considéré. Toutefois, il comprit que cette idée n'était pas applicable et menait à des prédictions en désaccord avec les observations, même si elle préfigurait les images les plus modernes des interactions décrites à l'aide de la théorie quantique des champs.

          Quoiqu'il en soit, supposer l'existence d'un "espace absolu" par rapport auquel sa mécanique était valable suffit à Newton pour la rendre cohérente et valide. Cependant, l'existence de forces absolues implique celle d'une accélération absolue, malgré l'absence de vitesse absolue. Newton apportait d'ailleurs une preuve de l'existence des accélérations absolues par la considération du mouvement de rotation d'un seau suspendu à une corde et remplie d'eau. Comme chacun a déjà pu le constater, l'eau en rotation est caractérisée par une surface non plane, laquelle témoigne selon Newton de l'existence d'une accélération absolue, puisque même un observateur en rotation avec le seau la constaterait. Néanmoins, le physicien autrichien Ernst Mach se posa la question légitime qui était de savoir ce que donnerait cette expérience réalisée dans un espace rigoureusement vide. Mach prévoyait donc que la rotation serait sans effet, car indiscernable. Mais cette question assez subtile (en fait déjà évoquée par Berkeley au XVIIème siècle) resta en suspens jusqu'à ce que naisse la relativité générale.

Publicité
Commentaires
Les Alterformistes Déchainés [LAD]
Publicité
Archives
Publicité