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Explication de l'expérience de la Tour de Pise de Galilée
C'est le scientifique italien Galileo Galilei qui a réalisé la célèbre expérience qui a prouvé que l'accélération à laquelle les objets tombent est la même quelle que soit leur masse. Cette expérience est connue sous le nom d'expérience de la tour de Pise de Galilée . Son résultat était une violation directe de la théorie de la gravité d'Aristote, qui supposait que les objets tombaient à une vitesse directement proportionnelle à leur masse.
La prédiction d'Archimède pour l'expérience (à gauche) et la mesure de Galilée (à droite), Wikimedia Commons CC-BY-SA-3.0.
Bien que l'on ne sache toujours pas si cette célèbre expérience a été réalisée dans la réalité ou s'il s'agissait d'une expérience de pensée, Galileo Galilei l'aurait réalisée vers 1589. Il a lâché deux sphères de masses différentes du haut de la tour penchée de Pise parce qu'il voulait démontrer que les objets tomberaient à la même vitesse indépendamment de leur masse. En effet, les deux sphères ont touché le sol en même temps, soutenant l'idée que les objets tombent à la même vitesse quelle que soit leur masse. Cette idée a été à nouveau prouvée des années plus tard lorsque l'astronaute d'Apollo 15, David Scott, a laissé tomber un marteau et une plume de la même hauteur sur la Lune et qu'ils ont heurté la surface de la Lune simultanément. Avant l'expérience de Galilée, on croyait généralement à la théorie de la gravité d'Aristote, selon laquelle les objets tombent à une vitesse proportionnelle à leur masse. Peu de temps après l'expérience de Galilée, ce dernier a fourni une explication théorique à ce phénomène.
L'expérience de la chute du corps de Galilée réalisée par David Scott sur la Lune dans laquelle une plume et un marteau atteignent la surface de la Lune en même temps, StudySmarter Originals.
L'expérience de pensée de Galilée sur la chute d'une balle
L'expérience de pensée de Galilée sur la chute d'une balle a été cruciale pour comprendre l'effet de l'accélération due à la gravité sur un objet qui tombe, et elle a mis fin au débat une fois pour toutes. Elle a prouvé que la théorie de la gravité d'Aristote était incorrecte. Voyons ce que Galilée a pensé !
Imagine que tu te trouves au sommet de la tour penchée de Pise. Suppose que les corps plus lourds tombent à une vitesse plus élevée que les corps plus légers. Tu laisses maintenant tomber deux balles de masses différentes du haut de la tour, mais il y a un problème : les balles sont reliées par une ficelle. Selon l'hypothèse, la balle la plus lourde tomberait plus vite que la balle la plus légère, la ficelle serait donc tendue : la tension de la ficelle tire sur la balle la plus lourde, ce qui devrait donc réduire son accélération.
Tous les objets tombent à la même vitesse, StudySmarter Originals.
Mais cela signifierait que si nous laissons tomber la boule lourde sans aucune attache, son accélération serait plus grande que le système où deux boules sont attachées. Cela contredit notre hypothèse initiale où nous disons que le corps le plus lourd tombera plus vite : l'ensemble du système devrait tomber plus vite que n'importe quelle boule individuelle. Ainsi, notre hypothèse est fausse : la seule explication possible est que tous les corps tomberont à la même vitesse, quelle que soit leur masse.
Dans cette expérience de pensée, nous supposons que les objets sont en chute libre, ce qui signifie que nous ne prenons pas en compte la résistance de l'air.
La théorie de la gravité de Galilée
La théorie de la gravité de Galilée affirme que tous les objets tombent à la même vitesse, quelle que soit leur masse.
Galilée a déterminé par son expérience que les objets tombaient avec la même accélération, vérifiant ainsi sa prédiction et réfutant la théorie de la gravité d'Aristote, qui stipule que les objets tombent à une vitesse proportionnelle à leur masse.
La théorie du mouvement de Galilée
Nous avons tous entendu parler de la première loi du mouvement de Newton, mais savais-tu qu'elle avait été proposée à l'origine par Galilée ?
La loi de l'inertie de Galilée stipule qu'un objet continuera à se déplacer en ligne droite à vitesse constante à moins qu'une force extérieure n'agisse sur lui.
Il est arrivé à cette conclusion au cours d'une de ses expériences. Il a découvert que si tu laisses une boule de métal glisser sur une rampe, puis sur une autre rampe, la boule remontera toujours à sa hauteur verticale initiale, quelle que soit l'inclinaison des deux rampes. Cela l'a amené à penser que si l'inclinaison de la deuxième rampe était nulle, la bille continuerait à rouler indéfiniment puisqu'elle n'atteindrait jamais sa hauteur initiale. Bien des années plus tard, Newton élaborera sa première loi du mouvement en se basant sur les mêmes principes.
L'expérience de Galilée a inspiré et étayé sa loi de l'inertie, StudySmarter Originals.
Galilée et l'accélération
Aristote avait affirmé que la force était à l'origine de la vitesse, mais cette affirmation a de nouveau été réfutée par Galilée qui a affirmé que la force était à l'origine de l'accélération. Cette affirmation découle à nouveau de l'expérience qu'il a réalisée sur la chute des corps. Il a prédit que la vitesse des corps tombant vers la terre augmente constamment. Cette augmentation de la vitesse, également connue sous le nom d'accélération, est due à la force de gravité. Nous pouvons le prouver à l'aide d'une expérience.
Lorsqu'une balle est lâchée d'une certaine hauteur, on peut déterminer expérimentalement que la distance qu'elle parcourt au cours de la première seconde de sa descente sera plus petite que la distance qu'elle parcourt au cours des secondes suivantes de sa descente. Cela signifie que sa vitesse augmente constamment. Cette vitesse croissante n'est causée par rien d'autre que la gravité, qui est une force, ce qui nous amène à la conclusion que la force produit l'accélération.
Expérience de Galilée sur la tour penchée de Pise - Principaux enseignements
- Galilée a réalisé l'expérience de la chute des corps pour réfuter la théorie de la gravité d'Aristote.
- La théorie d'Aristote stipule que les objets tombent à une vitesse proportionnelle à leur masse.
- La théorie de la gravité de Galilée affirme que tous les objets tombent à la même vitesse, quelle que soit leur masse. Cette théorie est encore considérée comme vraie aujourd'hui.
- Galilée a expliqué ses conclusions à l'aide d'une expérience de pensée impliquant deux balles reliées par une ficelle.
- La loi d'inertie de Galilée stipule qu'un objet continue à se déplacer en ligne droite à une vitesse constante jusqu'à ce qu'une force extérieure agisse sur lui.
- C'est la même chose que la première loi de Newton.
- La chute libre ne prend pas en compte la force de frottement de la résistance de l'air.
- Galilée a découvert que c'est la force qui provoque l'accélération et non la vitesse.
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