Représentations sur le mouvement

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Le mouvement
Selon toi, quelle sera la trajectoire de la balle ? Dessine-la et explique
Explications : ……………………………………………………………………………………
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Quelle à été la trajectoire réelle de la balle ?
Explications : ……………………………………………………………………………………
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La théorie du mouvement
Galilée montra, en étudiant le mouvement d'objets sur des plans inclinés, que les idées
d'Aristote dans ce domaine étaient erronées. Le philosophe grec pensait qu'un corps isolé de
toute influence extérieure devait forcément tendre vers l'absence de mouvement. Galilée
montra par ses expériences que cela était faux et qu'un tel objet allait en fait continuer à se
mouvoir à une vitesse constante. 1 Isaac Newton allait reprendre cette idée et en faire l'une de
ses lois du mouvement.
En effet à travers le temps, de nombreux scientifiques ont tenté de démontrer et d’expliciter
le mouvement des projectiles. Ce mouvement maintenant bien connu, est le fruit d’un long
processus d’hypothèses, d’expérimentations et de calculs, qui s’est espacé des premiers
observateurs de la Grèce antique jusqu’aux scientifiques de la renaissance. Tout ce travail a
été parachevé par les lois de Galilée, que nous utilisons encore aujourd’hui.
Le premier penseur à s’être penché sur le sujet est le philosophe et scientifique grec Aristote
(384-322 av. J.-C.). En physique, il affirmait que les objets lourds tombent plus rapidement
que ceux qui sont plus légers et ce même lorsque leurs formes sont identiques. Ceci n’était pas
complètement faux considérant la friction due à l’atmosphère.2
Aristote croyait que l’état naturel était le repos, donc que tout mouvement cesserait au
moment où plus aucune force ne s’exerce sur un objet. Il suggère que le mouvement linéaire a
toujours lieu à travers un milieu de résistance et est valable pour tous les mouvements
terrestres observables. Aussi, Aristote croyait qu'un corps ne pouvait avoir qu'un seul
mouvement à la fois. Pour lui, un projectile était d'abord animé de ce qu'il appelait un
mouvement violent, c'est-à-dire un mouvement dû à une action extérieure. Après un certain
temps, l'influence de l'action extérieure cessait à cause de la résistance du milieu (frottement).
Puis le mouvement violent cédait la place à ce qu'Aristote appelait le mouvement naturel,
c'est-à-dire le mouvement du haut vers le bas qui ramène le projectile vers sa position
naturelle : le sol. Prenons par exemple le lancer du javelot, que les grecs pouvaient observer
régulièrement dans les épreuves sportives et les combats. Selon lui, le mouvement d’un
javelot, une fois lancé, s’effectue grâce au mouvement de l’air, avec lequel il est en contact,
air qui reflue à l’arrière et le pousse, jusqu’à ce que le mouvement de l’air s’épuise. Le javelot
tombe donc à ce moment à la verticale. La position naturelle du javelot, un corps lourd, était
donc d'être sur Terre. Il attribue ainsi à l’air la propriété de transporter le javelot.
1
Raymond Zouckermann, Galilée penseur libre, Union Rationnaliste, 1968
2
Jean-Michel Gastonguay, Mécanique classique, L’évolution de la théorie du mouvement des projectiles, 2004
Trajectoire de projectile selon
Aristote
Jusqu'au début du XVIIème siècle, les savants se référaient encore aux théories d'Aristote
pour expliquer les lois du mouvement. Cette doctrine n’a pourtant jamais fait l’unanimité; les
nombreux commentateurs d’Aristote n’étaient pas tous satisfaits de cet expédient. Le
changement brusque de direction des projectiles suggéré par Aristote ne semblait pas tout à
fait correspondre à la réalité.
Avant Galilée, d’autres se sont interrogés sur les théories d’Aristote comme Buridan avec la
doctrine de l’impetus qui se décompose en trois parties (un élan, autonomie et une chute).
Nicole Oresme à fondé la loi du mouvement rectiligne uniformément accéléré (si la vitesse à
l’instant zéro et nulle, la distance parcourue est proportionnelle au carré du temps. Léonard de
Vinci quant à lui avait remarqué par observation que le mouvement des projectiles était un
mouvement parabolique.
Galilée démontra à ses élèves qu'Aristote se trompait quand il affirmait que la vitesse de la
chute des corps est proportionnelle au poids en faisant tomber simultanément deux objets de
poids différents de la Tour de Pise.
Page d’un cahier de notes de Galilée,
montrant le mouvement parabolique.
Il découvrit la loi de la chute des corps et de la trajectoire parabolique des projectiles qu’il
publia dans Discours sur deux nouvelles sciences.3 Il y démontre mathématiquement que la
trajectoire idéale d'un projectile est une parabole et que son mouvement est composé à la fois
d'un mouvement uniforme et d'un mouvement uniformément accéléré. Afin de développer
cette théorie, Galilée s’est inspiré des travaux de ses prédécesseurs.
3
Jean-Michel Gastonguay, Mécanique classique, L’évolution de la théorie du mouvement des projectiles, 2004