La force invisible : comprendre les mystères de la gravité

Définition

La gravité est la force d'attraction, la force gravitationnelle, sous l'effet de laquelle les corps, notamment l'eau, ont tendance à se déplacer vers le centre de la terre, par exemple, en se déplaçant d'un point plus élevé à un point moins élevé. La gravité est un gravitropisme appelé la pesanteur.

En botanique, la gravité est un mode de dispersion des graines appelé la barochorie.

⭐ Voir aussi la gravité spécifique.

La gravité exercée par la Terre sur la Lune :

Gravité exercée par la Terre sur la Lune

La gravité est la force par laquelle une planète (ici la Terre) ou un autre corps attire des objets (ici la Lune) vers son centre. La force de gravité maintient toutes les planètes en orbite autour du soleil. Alors que les effets de la gravité peuvent clairement être observés à l'échelle de choses comme les planètes, les étoiles et les galaxies, la force de gravité entre les objets du quotidien est extrêmement difficile à mesurer.

Généralités et explications

La gravité est un phénomène naturel par lequel les objets avec masse sont attirés l'un vers l'autre, effet principalement observable dans l'interaction entre les planètes, les galaxies et d'autres objets de l'unvers.

La gravité est l'une des quatre interactions fondamentales qui provoquent l'accélération ressentie par un corps physique au voisinage d'un objet astronomique. On l'appelle aussi interaction gravitationnelle ou gravitation.

Si un corps massif est situé à proximité d'une planète, un observateur à une distance fixe de la planète mesurera une accélération de l'objet dirigé vers la zone centrale de cette planète, si l'objet n'est pas soumis à l'effet d'autres forces. À la surface de la Terre, l'accélération causée par la gravité est d'environ 9,8 0 665 m/s2.

Introduction

La gravité est l'une des quatre interactions fondamentales observées dans la nature. Il est à l'origine des mouvements à grande échelle observés dans l'univers : l'orbite de la Lune autour de la Terre, les orbites des planètes autour du Soleil, etc. Sur le plan cosmologique, elle semble être l'interaction dominante, puisqu'elle gouverne la plupart des phénomènes à grande échelle (les trois autres interactions fondamentales prédominent à des échelles plus petites).

L'électromagnétisme explique le reste des phénomènes macroscopiques, tandis que l'interaction forte et l'interaction faible ne sont importantes qu'à l'échelle subatomique.

Le terme "gravité" est également utilisé pour désigner l'intensité du phénomène gravitationnel à la surface des planètes ou des satellites.

Isaac Newton a été le premier à expliquer que la force qui fait tomber les objets avec une accélération constante sur Terre (la gravité terrestre) et la force qui maintient les planètes et les étoiles en mouvement est de même nature. Cette idée l'amène à formuler la première théorie générale de la gravitation, l'universalité du phénomène, exposée dans son ouvrage Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.

Einstein, dans la théorie de la relativité générale, fait une analyse différente de l'interaction gravitationnelle. Selon cette théorie, la gravité peut être comprise comme un effet géométrique de la matière sur l'espace-temps.

Quand une certaine quantité de matière occupe une région d'espace-temps, elle la fait se déformer. Vu de cette manière, la force gravitationnelle n'est plus une "force mystérieuse qui attire", mais l'effet produit par la déformation de l'espace-temps - de la géométrie non-euclidienne - sur le mouvement des corps. Selon cette théorie, étant donné que tous les objets se déplacent dans l'espace-temps, comme cela est déformé, leur trajectoire sera déviée, produisant son accélération.

Loi de Newton de la gravitation universelle

Dans la théorie newtonienne de la gravitation, les effets de la gravité sont toujours attrayants, et la force résultante est calculée par rapport au centre de gravité des deux objets (dans le cas de la Terre, le centre de gravité est son centre de masse, comme dans la plupart des corps célestes avec des caractéristiques homogènes).

La pesanteur newtonienne a une portée théorique infinie; la force est plus grande si les objets sont proches mais à plus grande distance ladite force perd de l'intensité. En outre, Newton a postulé que la gravité est une action à distance (et donc au niveau relativiste ce n'est pas une description correcte, mais seulement une première approximation pour des corps en mouvement très lent par rapport à la vitesse de la lumière).

La loi de la gravitation universelle formulée par Isaac Newton postule que la force exercée par une particule ponctuelle avec masse m2 est directement proportionnelle au produit des masses, et inversement proportionnel au carré de la distance qui les sépare. "G" est la constante de gravitation universelle, sa valeur étant d'environ 6674 × 10-11 Nm2/kg2.

Par exemple, en utilisant la loi de la gravitation universelle, nous pouvons calculer la force d'attraction entre la Terre et un corps de 50 kg. La masse de la Terre est de 5974 × 1024 kg et la distance entre le centre de gravité de la Terre (centre de la terre) et le centre de gravité du corps est de 6378,14 km (soit 6378 140 m, et en supposant que le corps est sur la ligne de l'équateur).

La force avec laquelle la Terre et le corps de 50 kg sont attirés est 490,062 N (Newton), ce qui représente 50 kgf (kilogramme force), comme prévu, donc nous disons simplement que le corps pèse 50 kg.

Dans cette loi empirique, nous avons ces conclusions importantes :

Les forces gravitationnelles sont toujours attrayantes. Le fait que les planètes décrivent une orbite fermée autour du Soleil indique ce fait. Une force attractive peut également produire des orbites ouvertes, mais une force répulsive ne peut jamais produire d'orbites fermées.

Ils ont une portée infinie. Deux corps, aussi éloignés soient-ils, font l'expérience de cette force.

La force associée à l'interaction gravitationnelle est centrale.

Plus la distance de la force d'attraction est grande, et plus grande est la distance de la force d'attraction.

Malgré les siècles, aujourd'hui cette loi est encore utilisée dans le domaine du mouvement des corps même à l'échelle du système solaire, même si elle est théoriquement dépassée. Pour étudier le phénomène dans son intégralité, il est nécessaire de recourir à la théorie de la relativité générale.

Cette loi est impliquée pour la genèse des marées avec la force génératrice des marées (notamment pour les marées lunaires et marées solaires).

Théorie générale de la relativité

Albert Einstein a passé en revue la théorie newtonienne dans sa théorie de la relativité générale, décrivant l'interaction gravitationnelle comme une déformation de la géométrie de l'espace-temps par l'effet de la masse des corps; L'espace et le temps assument un rôle dynamique.

Selon Einstein, il n'y a pas d'attraction gravitationnelle; cette force est une illusion, un effet de la géométrie.

Ainsi, la Terre déforme l'espace-temps de notre environnement, de sorte que l'espace lui-même nous pousse vers le sol. Une fourmi, en marchant sur un papier froissé, aura la sensation qu'il y a des forces mystérieuses qui la poussent dans des directions différentes, mais la seule chose qui existe est les plis dans le papier, sa géométrie.

La déformation géométrique est caractérisée par le tenseur métrique qui satisfait aux équations du champ d'Einstein.

La "force de gravité" newtonienne est seulement un effet associé au fait qu'un observateur au repos par rapport à la source du champ n'est pas un observateur inertiel et donc en essayant d'appliquer l'équivalent relativiste des lois de Newton il mesure des forces fictives donnée par les symboles Christoffel de la métrique spatio-temporelle.

La gravité conventionnelle selon la théorie de la relativité a généralement des caractéristiques attrayantes, alors que l'énergie dite noire semble avoir des caractéristiques de force gravitationnelle répulsive, provoquant l'expansion accélérée de l'univers.