GRAVITATION

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Source: http://www.peiresc.org/DINER/Lexique.pdf

 

La gravitation, ou interaction gravitationnelle, est une interaction universelle entre toutes les formes de matière. Sa forme la plus connue depuis longtemps est l'attraction exercée par le globe terrestre sur tout corps matériel provoquant sa chute. Lorsque cette interaction est faible et que les corps se meuvent lentement (par rapport à la vitesse de la lumière) la gravitation s'exerce selon la loi de la gravitation de Newton. Selon cette loi, formulée en 1687 par Newton, dans les « Principia » toutes les particules matérielles de masse mA et mB s'attirent entre elles selon une force F dirigée selon la droite qui les joint et proportionnelle au produit des masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. L'expression de la force introduit un coefficient constant G, dit constante gravitationnelle, mesuré pour la première fois en 1798 par Cavendish. Le fait marquant de la loi de Newton est qu'elle fasse intervenir les mêmes masses que celles qui apparaissent dans la loi fondamentale de la dynamique reliant la force à l'accélération, ce qui fait dire que la masse gravitationnelle est égale à la masse inerte. Inertie et gravitation sont de même nature. Dans le cas général la gravitation est décrite par la théorie de la relativité générale d'Einstein (1915-1916) comme une action de la matière sur les propriétés de l'espace-temps, propriétés qui influent sur le mouvement des corps et sur d'autres processus physiques.. La théorie de la gravitation se démarque nettement des théories des autres interactions – électromagnétique, faible et forte, en ne se soumettant pas jusqu'à maintenant à une théorie unifiée des interactions (Unification des forces). En présence d'une distribution de matière la force gravitationnelle sur une particule de masse m en un point s'exprime comme le produit de m par le vecteur g, qui représente la valeur en ce point d'un champ, le champ de gravitation, champ des accélérations provoquées par la gravitation dans l'espace environnant la distribution de matière. Ainsi en un point de l'espace l'accélération provoquée par la gravitation, la pesanteur dit on dans le cas de la terre, ne dépend pas de la masse des corps. Aussi des corps de masses différentes lâchés (dans le vide) au même point atteindront le sol au même moment. C'est là un des faits majeurs de la gravitation, découvert par Galilée. Contrairement à ce que pensait Aristote les objets lourds et les objets légers tombent de la même manière. Fait qui peut paraître paradoxal mais qui exprime fortement la nature de la gravitation comme attraction par une masse matérielle, le globe terrestre en l'occurrence, avec équivalence de la masse inerte et de la masse gravitationnelle. Remarquons tout de suite que les forces gravitationnelles et les forces d'inertie ont en commun cette propriété de l'indépendance de l'accélération de la masse On introduit traditionnellement une expérience de pensée d'un ascenseur au repos dont le câble serait soudainement rompu.. Il chuterait vers le sol avec l'accélération typique en ce point et tous les objets qui reposent sur son sol en feraient de même, qu'ils soient lourds ou légers. Tombant tous ensemble avec l'ascenseur les corps n'exerceront plus de poids sur le sol de l'ascenseur et ne sentiront pas le mouvement de chute général. En l'absence de repère extérieur à la cabine des observateurs ne pourraient remarquer l'état de chute accélérée. Si sur le sol de l'ascenseur se trouve une balance portant deux objets différents dans ses plateaux, le fléau reviendra à zéro pendant la chute. Localement dans l'ascenseur tout se passe comme si la gravitation était supprimée, par l'accélération de la cabine. C'est ce que l'on observe dans un satellite artificiel de la terre où la gravitation est totalement compensée par les forces d'inertie, et où un cosmonaute se sent en état d'apesanteur.. Mais toujours en l'absence de repère extérieur un observateur dans l'ascenseur ne peut décider si l'ascenseur est en chute libre ou si l'on a supprimé la gravitation. On ne peut dans l'ascenseur distinguer entre accélération et pesanteur. Voilà le résultat de l'égalité entre masse inerte et masse gravitationnelle. C'est ce que l'on appelle le principe d'équivalence. Il a clairement un caractère fortement local. Le principe d'équivalence est le point de départ de la réflexion qui conduira Einstein à une nouvelle théorie de la gravitation, la relativité générale, où le champ de gravitation se manifestera par la courbure de l'espace-temps.