Tout tombe le temps. Peut-être que vous avez laissé tomber une balle. Peut-être que cette tasse de café vous a échappé des mains. La situation la plus probable est qu’un chat décide de faire tomber un objet d’une table, car c’est ce que font les chats.
Et depuis que les choses tombent, les gens se posent des questions sur ce qui se passe (et sur la motivation du chat). Un objet qui tombe se déplace-t-il à une vitesse constante ou accélère-t-il ? Si vous laissez tomber un objet lourd et un objet léger en même temps, lequel tombera le plus vite ?
La grande chose à propos de ces deux questions est que vous pouvez poser à peu près n’importe qui et ils auront une réponse, même s’ils ont tort. La chose encore plus importante est qu’il est assez simple de déterminer expérimentalement les réponses. Tout ce que vous avez à faire est de déposer quelques trucs.
Certaines des premières explications de ce qui se passe lorsque vous laissez tomber des objets remontent à Aristote (vers 350 avant JC), qui souhaitait expliquer comment le monde fonctionne. Les réponses d’Aristote étaient assez simples : si vous lâchez quelque chose, il tombera vers le sol. Il tombera à vitesse constante. Si vous faites tomber deux objets en même temps, le plus lourd se déplacera vers le bas avec une plus grande vitesse que le plus léger. C’est ça. Et vraiment, cela semble être vrai. Je veux dire, si je laisse tomber une pierre et une plume, il semble clair que la pierre touchera le sol en premier.
Mais il y a un problème. Il n’y a pas d’expérience pour vérifier si cela est correct. Aristote était un philosophe, pas un scientifique, et comme la plupart des autres philosophes grecs de son temps, il était dans les expériences de pensée, pas dans les expériences scientifiques. (Les Grecs savaient qu’il ne pouvait y avoir d’expérience parfaite, car une erreur serait toujours introduite dans les données. Ils pensaient que la recherche de preuves imparfaites du monde réel ne ferait que les écarter de la voie de la détermination des vérités ultimes de l’univers à travers logique et raisonnement.)
Le raisonnement d’Aristote pour ce type de mouvement est en fait logique. Nous pouvons tous convenir que si vous poussez quelque chose, cela bougera. Plus la force de poussée est grande, plus elle bougera, ce qui signifie qu’elle ira plus vite. C’est logique, non ? Et si vous tenez un rocher et une plume, la force gravitationnelle sur le rocher est nettement plus grande. Vous pouvez simplement ressentir cette force lorsque vous soulevez les deux objets pour les comparer. Il n’y a là aucun mystère. Donc, si la roche a une plus grande force de traction vers le bas, elle aura une plus grande vitesse de chute vers le bas. Si vous laissez tomber une pierre et une plume, la pierre touchera le sol en premier. Voir? La physique n’est pas si difficile.
Eh bien, même si cette explication a du sens, elle est en effet fausse. Vraiment, la seule chose qui est correcte, c’est que normalement une pierre touchera le sol avant une plume.
Pour comprendre pourquoi, commençons par l’idée la plus fondamentale : la relation entre la force et le mouvement. La plupart des gens appellent cela la deuxième loi de Newton, mais si vous optez pour le «modèle force-mouvement», ce serait cool aussi. Pour un mouvement dans une dimension (comme avec un objet qui tombe), nous pouvons écrire ceci comme :