Parfois l’univers est tout simplement trop compliqué à analyser.
Zut, si vous prenez une balle de tennis et la lancez à travers la pièce, même cela est pratiquement trop compliqué. Après avoir quitté votre main, la balle a une interaction gravitationnelle avec la Terre, ce qui la fait accélérer vers le sol. La balle tourne lorsqu’elle se déplace, ce qui signifie qu’il pourrait y avoir plus de friction d’un côté de la balle que de l’autre. La balle entre également en collision avec certaines des molécules d’oxygène et d’azote dans l’air et certaines des ces les molécules finissent par interagir avec encore plus air. L’air lui-même n’est même pas constant – la densité change à mesure que la balle monte et l’air peut être en mouvement. (Nous appelons normalement ce vent.) Et une fois que la balle touche le sol, même le sol n’est pas parfaitement plat. Oui, ça a l’air plat, mais c’est à la surface d’une planète sphérique.
Mais tout n’est pas perdu. Nous pouvons encore modéliser cette balle de tennis lancée. Tout ce dont nous avons besoin, ce sont des idéalisations. Ce sont des approximations simplificatrices qui transforment un problème impossible en un problème résoluble.
Dans le cas de la balle de tennis, on peut supposer que toute la masse est concentrée en un seul point (en d’autres termes, que la balle n’a pas de dimensions réelles) et que la seule force agissant sur elle est la force gravitationnelle constante qui tire vers le bas. . Pourquoi est-il acceptable d’ignorer toutes ces autres interactions ? C’est parce qu’ils ne font tout simplement pas de différence significative (ou même mesurable).
Est-ce même légal devant le tribunal de la physique ? Eh bien, la science concerne le processus de construction de modèles, y compris l’équation de la trajectoire d’une balle de tennis. En fin de compte, si les observations expérimentales (où la balle atterrit) concordent avec le modèle (la prédiction de l’endroit où elle atterrira), alors nous sommes prêts à partir. Pour l’idéalisation de la balle de tennis, tout fonctionne très bien. En fait, la physique d’une balle lancée devient une question de test dans un cours d’introduction à la physique. D’autres idéalisations sont plus difficiles, comme essayer de déterminer la courbure de la Terre simplement en regardant ce terminal très long de l’aéroport d’Atlanta. Mais les physiciens font ce genre de choses tout le temps.
L’idéalisation la plus célèbre a peut-être été faite par Galileo Galilei lors de son étude de la nature du mouvement. Il essayait de comprendre ce qui arriverait à un objet en mouvement si vous n’exercez pas de force dessus. À l’époque, à peu près tout le monde suivait les enseignements d’Aristote, qui disait que si vous n’exercez pas de force sur un objet en mouvement, il s’arrêtera et restera au repos. (Même si son œuvre datait d’environ 1 800 ans, les gens pensaient qu’Aristote était trop cool pour se tromper.)
Mais Galilée n’était pas d’accord. Il pensait qu’il continuerait à se déplacer à une vitesse constante.
Si vous voulez étudier un objet en mouvement, vous devez mesurer à la fois la position et le temps afin de pouvoir calculer sa vitesse, ou son changement de position divisé par le changement de temps. Mais il y a un problème. Comment mesurer avec précision le temps des objets se déplaçant à grande vitesse sur de courtes distances ? Si vous laissez tomber quelque chose, même d’une hauteur relativement faible, comme 10 mètres, cela prend moins de 2 secondes pour qu’il atteigne le sol. Et vers l’an 1600, lorsque Galilée était vivant, c’était un intervalle de temps assez difficile à mesurer. Ainsi, à la place, Galilée a regardé une balle rouler sur une piste.