La loi de la gravitation universelle stipule que, si deux corps ont une masse, ils subissent l’action d’une force attractive proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle à leur distance. La loi de la gravitation universelle a été découverte et développée par le physicien anglais Isaac Newton, qui a pu prédire les rayons des orbites de plusieurs étoiles.
Qu’est-ce que la gravitation universelle ?
La gravitation universelle est une loi développée par Isaac Newton pour expliquer les orbites circulaires des planètes du système solaire et la force d’attraction entre elles. Sa formule a été obtenue sur la base des lois de Kepler. La constante de gravitation universelle (G) qui apparaît dans l’équation est le résultat de l’expérience d’équilibre de torsion développée par Henry Cavendish.
La découverte de cette loi a encore élargi l’esprit des scientifiques et, sur cette base, Newton a pu expliquer la forme de la Terre, le s marées et l’orbite des comètes, entre autres. La gravité est une force fondamentale. Elle n’est qu’attractive, contrairement aux forces électriques ou magnétiques, qui peuvent devenir attractives ou répulsives. C’est la gravitation universelle qui maintient les planètes en orbite. C’est également elle qui maintient la lune autour de la terre et provoque les marées.
Comment fonctionne la gravitation universelle ?
La gravitation ne se produit pas exclusivement avec la Terre et les objets ou avec la lune en orbite autour de la Terre. Tout objet, qui a une masse, subit l’action de la gravitation universelle, y compris les personnes. Vous ne remarquez pas cet effet entre les objets dans votre vie quotidienne, car la force gravitationnelle est proportionnelle aux masses des objets qui s’attirent. Comme les masses de ces objets sont très petites, la force d’attraction sera également très petite.
La masse de la Terre est très grande par rapport à celle des objets, et donc vous voyez toujours l’effet de l’objet tomber, et non celui de la Terre attirée par lui. Il en va de même pour la lune : parce que la masse de la lune est beaucoup plus petite que celle de la Terre, vous voyez la lune en orbite autour de la Terre, et non l’inverse.
Par le principe d’inertie, on sait qu’un objet en mouvement, sur lequel aucune force n’est appliquée, continue de se déplacer en ligne droite à vitesse constante. Le fait que les planètes ne se déplacent pas en ligne droite, mais voyagent sur une orbite fermée autour du Soleil, indique qu’une force agit sur elles. La même affirmation peut être faite à propos des satellites qui tournent autour de planètes, comme c’est le cas avec la Lune. Une force qui courbe continuellement leurs trajectoires doit agir sur eux.
Reconnaître que la Lune reste sur son orbite, grâce à la même force qui fait tomber une pierre à la surface de la Terre, a représenté une étape énorme dans l’histoire de la pensée scientifique. C’est grâce à cette reconnaissance intuitive que Newton a pu trouver des moyens de découvrir la loi de la gravitation universelle.
La découverte de la gravitation universelle
La propriété qu’ont les objets de tomber lorsqu’ils sont lâchés d’une certaine hauteur depuis le sol est bien connue depuis l’Antiquité. Était également connu le mouvement des corps célestes. Pendant une grande partie de notre histoire, les deux mouvements ont été considérés comme naturels, en ignorant la nécessité de tout agent causal. Ce n’est qu’au XVIIe siècle que le savant anglais Isaac Newton (1643-1727) formule une théorie capable d’expliquer la cause de ces mouvements et de les décrire avec précision.
Selon la légende populaire, Newton a eu la première étincelle de son idée sur la gravitation alors qu’il était assis au pied d’un pommier. Tout en regardant tomber une pomme, Newton a alors imaginé que la force entre la Terre et la pomme qui tombe pourrait être la même force responsable du maintien de la Lune en orbite autour de la Terre et des planètes en orbite autour du Soleil.
Au vu de son hypothèse, Newton a considéré que la Lune, comme la pomme, tombait également vers la Terre, mais selon une trajectoire circulaire en raison de la présence d’une vitesse tangentielle à l’orbite. À partir d’hypothèses géométriques et d’analogies entre la chute d’un corps sur Terre et la trajectoire lunaire, Newton a effectué plusieurs calculs qui ont fourni des résultats incompatibles avec les données. À contrecœur, mais profondément déçu, il abandonne ses notes, qui resteront oubliées pendant près de 20 ans.
Stimulé par l’apparition des comètes de 1680 et 1682 et encouragé par l’astronome Edmond Halley (1656-1742), Newton revient sur son hypothèse sur la force à l’origine du mouvement lunaire. Avec des mesures plus précises de la distance Terre-Lune et des corrections des premières données expérimentales, les calculs de Newton ont parfaitement concordé avec ses observations, prouvant sans aucun doute son idée. Son travail, ainsi que plusieurs autres réalisations scientifiques, ont été publiés dans la célèbre œuvre Philosophie Naturalis Principia Matematica en 1687.