Galilée est né à Pise en 1564. Il y étudia la médecine et les mathématiques, puis devint professeur de mathématiques à l'université de Pise puis de Padoue en 1592. Son apport à la physique fut majeur.
En 1609, Galilée expérimente la première lunette astronomique à l'aide d'un tube avec deux lentilles pour faire apparaître plus proches les objets lointains.
En la pointant vers le ciel, il fit de nombreuses découvertes comme la surface irrégulière de la Lune, des taches sur le Soleil où encore des satellites autour de Jupiter. Cette dernière information mit définitivement à bas la théorie d'Aristote, en effet, cela prouvait que tout ne tourne pas exclusivement autour de la Terre.
Bien sûr il était possible que ces lunes décrivent des trajectoires extrêmement compliquées autour de la Terre donnant ainsi l'illusion de tourner autour de Jupiter...Mais le système de Copernic, dans lequel le Soleil est au centre du système était plus plausible et simplifiait énormément les calculs quant à la rotation des astres.
lunette de Galilée
Galilée en voulant étudier avec précision le mouvement des corps comprit qu'il fallait isoler le phénomène responsable du mouvement des autres phénomènes perturbateurs. Pour cela, il construisit une série d'expériences.
La chute des corps :
L'objectif de cette expérience consiste à mesurer le temps de chute de corps de différentes masses et de différentes natures.
Selon la légende, il laissa tomber des poids depuis le sommet de la tour de Pise...Ces faits restent invérifiables et peu plausibles du fait de la difficulté de l'opération.
Il est plus probable qu'il fit rouler des billes de poids différents sur un plan incliné, il put alors observer que, quelle que soit la différence de poids des billes, toutes roulaient à la même vitesse.
Il arriva à la conclusion que, ce temps que met un corps pour tomber est le même pour tous, quelque soit le poids, la taille et la nature du corps. Cette expérience permit de démontrer que les idées d'Aristote étaient fausses.
Autrement dit, la vitesse de chute libre est la même pour tous les corps. Cependant certains corps, de par leurs formes, subissent une résistance à l'air particulièrement importante qui les fait tomber plus lentement (exemple : les feuilles), mais de façon isolée, les particules qui les composent tomberaient aussi vite que toutes autres particules.
Le principe d'inertie :
En faisant des expériences avec des billes qui roulent sur des plans de différentes natures, Galilée a pu observer que, si le plan est très rugueux la bille s'arrête rapidement. Par contre, si le plan est très lisse ou recouvert d'huile, la bille parcourt une distance beaucoup plus grande avant de s'arrêter.
Galilée eut alors l'idée de "force de frottement" : le plan rugueux frotte très fortement sur la bille et l'oblige à s'arrêter rapidement, en revanche, sur le plan lisse les forces de frottement sont très faibles et empêchent moins la bille de rouler. Sur Terre, les forces de frottement sont partout présentes et obligent les corps à stopper leur mouvement.
C'est pour cela que pour entretenir ce mouvement on doit constamment appliquer une force extérieure à ces corps pour contrebalancer les forces de frottement.
C'est pour cela que pour entretenir ce mouvement on doit constamment appliquer une force extérieure à ces corps pour contrebalancer les forces de frottement.
Exemple : on doit appliquer une force de propulsion à un vélo pour le faire avancer, afin de contrebalancer les frottements des pièces mécaniques les unes par rapport aux autres ainsi que les frottements des roues en contact avec le sol.
Galilée donne une première formulation du principe d'inertie : " tout corps possède une certaine inertie qui l'oblige à conserver sa vitesse à moins qu'une force extérieure, (ici une force de frottement), ne l'oblige à arrêter ce mouvement ou à modifier sa vitesse".
Prenons une voiture, et un homme à l’intérieur qui jette une pierre hors de cette même voiture. La vitesse de la pierre sera égale à sa vitesse initiale (dû à la force à laquelle elle est soumise) ajoutée à la vitesse de la voiture.
Soit pour toute vitesse V= v1 + v2
De ce principe, arrive la notion de force : une force est ce qui modifie le mouvement d'un corps, tant en vitesse qu'en trajectoire. Sans présence de force, le corps poursuit sa trajectoire et conserve une vitesse constante.
La relativité Galiléenne :
La relativité galiléenne aura une forte importance dans la relativité de Newton et sera reformulée par Einstein.
La relativité de Galilée peut être considérée comme une conséquence du principe d'inertie.
C'est celui de composition des vitesses. Galilée est le premier à l'avoir formulé mathématiquement :
C'est celui de composition des vitesses. Galilée est le premier à l'avoir formulé mathématiquement :
Soit un observateur dans un référentiel R1 qui regarde se déplacer un objet (ici représenté par un rond noir) à la vitesse V.
Un observateur, dans un référentiel R2, qui se déplace par rapport à R1 avec la vitesse Vr, verra se déplacer l'objet à la vitesse V-Vr (les vitesses sont ici des vecteurs).
Un observateur, dans un référentiel R2, qui se déplace par rapport à R1 avec la vitesse Vr, verra se déplacer l'objet à la vitesse V-Vr (les vitesses sont ici des vecteurs).
Dans l'animation ci-dessous, un observateur dans le repère rouge décrit un mouvement rectiligne uniforme de vecteur vitesse v dans la direction xx' par rapport à un autre observateur situé dans le repère noir.
Si on appelle (x,y,z) les coordonnées d'un point P quelconque dans le repère noir et les coordonnées de ce même point dans le repère rouge, alors on obtient comme relations :
Si on appelle (x,y,z) les coordonnées d'un point P quelconque dans le repère noir et les coordonnées de ce même point dans le repère rouge, alors on obtient comme relations :
x' = x - v.t = vecteur v
y' = y
z' = z
t = le temps absolu
Lors d'une expérience d'optique en 1887, Michelson et Morley s'aperçurent que ce principe ne s'appliquait pas à la lumière.
Ils entreprirent de mesurer la vitesse de la lumière suivant que l'on se dirigeait vers elle ou que l'on s'en éloignait. Connaissant la vitesse de la Terre sur son orbite, ils mesurèrent encore et toujours la même vitesse de la lumière.
Ils entreprirent de mesurer la vitesse de la lumière suivant que l'on se dirigeait vers elle ou que l'on s'en éloignait. Connaissant la vitesse de la Terre sur son orbite, ils mesurèrent encore et toujours la même vitesse de la lumière.
Que l'on s'éloigne ou s'approche d'une source de lumière on mesurera toujours dans le vide la célérité (c) égale à 299 792 458 m/s. Cependant, Galilée fut le premier à penser que la lumière ne se propageait pas instantanément.
Il essaya de calculer cette vitesse en faisant une expérience : deux hommes sont placés à une distance de quelques kilomètres, ils disposent chacun d'une horloge.
Le premier allume une lanterne et déclenche son horloge. Le deuxième déclenche la sienne dès qu'il aperçoit le signal lumineux.
Malgré les différentes distances, les mesures restaient les mêmes. Nous savons aujourd'hui que les moyens n'étaient pas adaptés à la mesure de la vitesse de la lumière. Pour observer 1 seconde de différence, il aurait fallut que les deux hommes soit espacés de 300 000 km !
La circonférence de la Terre étant d'environ 40 000 km on comprend aisément que Galilée n'ait obtenu aucun résultat !
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