GRAVITATION ET PESANTEUR
Publié le 28/01/2019
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La gravitation et l'astronomie
La gravitation explique pourquoi, lors de leur formation et de leur vie, les étoiles et les galaxies ont tendance à se contracter (contraction gravitationnelle). En fait, le phénomène de gravitation commande l'évolution de la matière dans l'Univers, car les masses impliquées sont très importantes. Le mouvement des planètes, des comètes, des satellites naturels, les trous noirs, l'évolution de l'Univers lui-même sont régis par la gravitation.
La gravitation et la relativité générale
Dans sa théorie de la relativité générale, émise dans les années 1915, le physicien Albert Einstein (1879-1955) interprète le champ de gravitation comme une modification de la courbure de l'espace-temps au voisinage d'une masse. Einstein a également supposé que, dans l'Univers, se trouvent des ondes gravitationnelles. Ce seraient des perturbations de l'espace dues à une perte d'énergie émise à la vitesse de la lumière par certains corps célestes accélérés. Parmi ces corps, on trouve les pulsars (étoiles à neutrons en rota-
tion), les supernovæ (dues à l'explosion d'étoiles massives en déclin), et les trous noirs -régions de l'espace qui, en raison d'une immense force gravitationnelle, absorbent les corps et la lumière environnants - qui agissent les uns sur les autres. A la lin des années 1960, le physicien américain J. Weber a affirmé qu'il avait décelé de telles ondes et qu'elles étaient probablement émises par la Voie lactée. La théorie de la relativité générale a également une autre conséquence: l'effet Einstein. Le physicien a affirmé que les rayons lumineux seraient déviés en passant au voisinage de fortes masses. D'après le savant, les trous noirs apporteraient la preuve de l'effet Einstein: ils seraient suffisamment denses pour capter les rayons lumineux qui les approchent. Leur existence a été supposée en 1916 par l'astronome allemand Karl Schwarzschild (1873-1916), mais elle est toujours l'objet de débats parmi les scientifiques. La théorie d'Einstein a cependant été confirmée en observant une étoile proche du Soleil. Les astronomes ont en effet décelé une étoile qu'ils n'auraient pas pu voir si ses rayons lumineux n'avaient pas été déviés par le Soleil, de masse importante. Einstein a également introduit le principe d'équivalence, selon lequel on peut toujours compenser, localement, les effets de la gravitation par ce que l'on appelle un champ d'inertie. Considérons une balle dans un ascenseur. Soumise à la gravitation terrestre, elle descend, monte ou est immobile selon que l'accélération de l'ascenseur est respectivement inférieure, supérieure ou égale à g.
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Gravitation
et pesanteur
La gravitation et l'astronomie
La gravitation explique pourquoi, lors de leur for
mation et de leur vie, les étoiles et les galaxies ont
tendance à se contracter (contraction gravitation
nelle).
En fait, le phénomène de gravi tation com
mande l'évolution de la matière dans l'Univers,
car les masses impliquées sont très importantes.
Le mouvement des planètes, des comètes, des
sat ellit es naturels, les trous noirs, l'évolution de
l'U nivers lui-même sont régis par la gravi tation.
La gravitation
et la relativité générale
Dans sa théorie de la relativité générale, émise
dans les années 1915, le phy sicien Albert Einstein
(1879-1 955) interprète le champ de gravitation
comme une modi fication de la courbure de
l'espace-temps au voisinage d'une masse.
Ein
stein a également supposé que, dans l'Univers, se
trouvent des ondes gravitationnel les.
Ce seraient
des perturbations de l'espace dues à une perte
d'én ergie émise à la vitesse de la lum ière par cer
tains corps célestes accélérés.
Parmi ces corps,
on trouve les pulsars (étoiles à neutrons en rota-
' Les planètes du Sytème solaire se dépla cent
en décriv ant une orbite elliptique autour
du Soleil, et selon une inclinaison différente.
L' aphélie est la position la plus éloignée
de la planète par rapport au Soleil, tandis que
la périhélie est celle qui l'en rapproche le plus.
TRAJ ECTOJRE
DES PLAN ETES
IN CLIN AISONS DES ORBITES
DES PLAN ÈTES GÉANTES PAR
RAPPORT À LA TERRE
Terre 0°
Pluton 17°00,8
1698 tion),
les superno v ,/
); ! Les amas globulaires, composés de millions a d'étoiles, ont une densité considérable en
leur centre, propice à la formation d'un trou noir.
' Simulation d'un véhicule automobile
planétaire par modèle physique: le véhicule
est soumis à une pesanteur et à une force
qui le font se dépla cer.
La masse et le poids
Il ne faut pas confondr e la masse et le poids d'un
corps.
La masse est une mesure de la quantité de
matière contenue dans le corps.
Elle donne une
indication sur son inertie, résistance à toute
modification de son état de repos ou de mou
vement.
Ainsi, la masse est une caractéristique
intrinsè que: elle ne varie pas selon l'empl ace
ment du corps, sur Terre ou dans l'Univers.
Plus
la masse d'un corps est élevée, plus il faut fournir
un trava il important pour le mettre en mouv e
ment.
C'est pourquoi il est plus difficile de lancer
une boule de pétanque qu'une balle de tennis.
Le poids d'un système, lui, mesure la force de
gravi tation à laquelle il est soumis de la part de la
Te rre ou d'un corps qui lui est proche.
Au poi�
considéréJ e poids du corps est le vecteur P
défini par: P =mg.
Comme le poids est une force, son intensité s'ex
prime en newtons (de symbole N) ; dans un sys
tème, le point d'applic ation du poids est ce que
l'on appelle le centre de gravité du système consi
déré.
Sur la Lune, le poids d'un corps est six fois
plus faible que sur notre planète, car la grav ité y
est six fois moindre.
C'est pourquoi les astro
nautes, lorsqu'ils se déplacent sur le sol lunair e,
font facilement des bonds : ils sont en quelque
sorte plus «légers » que sur la Terre.
Ainsi, il est
plus facile, pour un vaisseau spatial, de quitter la
Lune que de s'échapper de l'attraction gravitation
nelle terrestre.
Cela se traduit par une vitesse de
li bération -vitesse minimale que doit avoir un
corps pour échapper à l'attraction d'un autre
corps et pour s'en éloigner -à parti r de la surface
lunair e (2 ,7 km/s) nettement inférieure à la celle
que l'on enregistre à partir de la Te rre (11,2 km/s) .
La vitesse de libérati on à partir des étoiles à neu
trons, au sein desquelles la matière est extrême
ment condensée (ou concentr ée) est très élevée:
elle approche les deux tiers de la vitesse de la
lum ière (300 000 km/s) !.
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