Comment fonctionne la gravité ?

La force de gravité est l'interaction la plus faible existant dans la nature et c'est elle qui provoque l'attraction entre deux corps. Nous avons tous déjà fait tomber un objet que nous tenions. Il tombe alors et heurte le sol. Vous avez sûrement entendu parler de la pomme d'Isaac Newton , l'histoire du physicien anglais assis sous un arbre et regardant une pomme tomber dans l'herbe. On raconte qu'il se demanda alors pourquoi la pomme tombait, mais pas la Lune. C'est de là qu'il commença ses recherches sur la gravité.

Ce que nous savions, ce que Newton et Galilée ont identifié, c'est que la gravité provoque une accélération. L'objet initialement maintenu dans votre main retombe avec accélération lorsque vous relâchez votre prise. Comme je l'ai mentionné au début, la force de gravité est ce qui provoque l'attraction de deux objets. Et cette attraction, ou cette force, dépend de deux facteurs : dans ce cas, la masse de la Terre et la masse de l'objet que votre main lâche.

Il est important de savoir que l'accélération est indépendante de la masse de l'objet en chute. Pour accélérer un objet très grand, il faut appliquer une force importante ; pour accélérer un objet plus petit, il faut appliquer une force moindre, mais l'accélération reste la même. C'est ce que Galilée a démontré en escaladant la tour de Pise et en lâchant des billes de métal de masses différentes pour montrer que le temps de descente est indépendant de la masse de l'objet en chute libre, car l'accélération due à la gravité est la même. Si vous vous demandez pourquoi il n'a pas laissé tomber des plumes ou des feuilles d'arbre, c'est qu'il ne l'a pas fait pour éviter l'effet supplémentaire du frottement.

En réalité, quand quelque chose tombe, les deux bougent : la Terre et l'objet qui tombe. Or, la gravité exercée par le petit objet qui tombe de votre main sur l'immense Terre est très faible, et nous ne la remarquons donc pas.

Les choses changent lorsque l'on compare deux objets de masses similaires, comme la Lune en orbite autour de la Terre. Pourquoi la Lune ne tombe-t-elle pas ? L'explication est que lors de sa formation dans le système solaire , la Lune n'était pas stationnaire ; elle tournait à une certaine vitesse. Cette rotation l'empêche de tomber. Mais c'est la force de gravité qui la fait tourner. C'est comme le lasso d'un cow-boy au rodéo : lorsqu'il le fait tourner, le lasso ne tombe pas. La gravité terrestre sur la Lune a un effet similaire.

Ce que je vous ai expliqué jusqu'ici correspond à la physique découverte par Galilée et Newton. Mais avec l'arrivée d'Einstein, les choses changent. La gravité d'Einstein modifie également le temps car, selon sa théorie, la gravité est un effet de la courbure de l'espace-temps. Comme il l'a démontré, lorsque le champ gravitationnel est très fort, le temps s'écoule plus lentement.

Imaginez un objet qui vous tombe des mains lorsque vous le lâchez : il semble tomber en ligne droite, mais en réalité, ce n’est pas le cas. Si nous pouvions observer les légères variations de la force de gravité, nous constaterions que de légères déviations se produisent parallèlement à ces variations. Bien qu’elles nous paraissent droites, dans un espace-temps courbe comme le nôtre, elles ne le sont pas exactement. Ce sont des lignes droites adaptées à cette géométrie, comme lorsqu’on trace une ligne droite sur une sphère ou un cylindre.

Un autre sujet qui pourrait vous intéresser est la relation entre gravité et poids. Votre poids est précisément la force d'attraction exercée par la Terre. Si vous étiez sur la Lune, votre poids serait moindre, car notre satellite ayant une masse bien inférieure à celle de notre planète, la force de gravité qu'il exerce l'est également. C'est pourquoi les astronautes, qui ont la même masse partout, pèsent moins sur la Lune que sur Terre, car les deux corps célestes ont des masses différentes. Imaginez que les particules qui composent les deux corps exercent une attraction sur la masse de l'astronaute. Sur la Lune, il y a moins de particules exerçant cette attraction que sur Terre, la force de gravité est donc moindre.

Ruth Lazkoz est titulaire d'un doctorat en physique et est professeur à l'Université du Pays Basque.

Coordination et rédaction : Victoria Toro .

Question envoyée par email par Francisco Gómez .

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