La théorie de Newton (correction)

Seconde – Sciences Physiques et Chimiques
1ère Partie : L’Univers – Chapitre 4
Activité 4.2a
Correction
La théorie de Newton (correction)
Voltaire fit découvrir les théories de Newton dans une France du XVIIIème siècle majoritairement acquise à la
théorie de Descartes, pour qui le mouvement des planètes était dû à de grands tourbillons qui les maintenaient
sur leur trajectoire. Voici ce qu’il raconte.
« Un jour, en l’année 1666, Newton, retiré à la campagne, et voyant tomber des
fruits d’un arbre, […] se laissa aller à une méditation profonde sur la cause qui
entraîne ainsi tous les corps dans une ligne qui, si elle était prolongée, passerait
à peu près par le centre de la Terre.
Quelle est, se demandait-il à lui-même, cette force qui ne peut venir de tous ces
tourbillons imaginaires démontrés si faux ? Elle agit sur tous les corps à
proportion de leurs masses, et non de leurs surfaces ; elle agirait sur le fruit qui
vient de tomber de cet arbre, fût-il élevé de dix mille, trois mille toises. Si cela
est, cette force doit agir de l’endroit où est le globe de la Lune jusqu’au centre
de la Terre ; s’il est ainsi, ce pouvoir, quel qu’il soit, peut donc être le même que
celui qui fait tendre les planètes vers le Soleil, et que celui qui fait graviter les
satellites de Jupiter sur Jupiter.
François-Marie Arouet,
dit Voltaire (1694-1778)
Cette force, quelle qu’elle soit, agit sur tous les corps, non selon leurs
surfaces, mais selon leur masses. Si elle agit à une distance, elle doit agir à
toutes les distances ; si elle agit en raison inverse du carré de ces distances,
elle doit toujours agir suivant cette proportion sur les corps connus, quand
ils ne sont pas au point de contact, je veux dire le plus près qu’il est possible
d’être sans être unis.
[…] Mais si cette puissance qui anime les corps dirige la Lune dans son
orbite, elle doit aussi diriger la Terre dans le sien, et l’effet qu’elle opère sur
la planète de la Lune, elle doit l’opérer sur la planète de la Terre, car ce
pouvoir est partout le même ; toutes les autres planètes doivent lui être
soumises ; le Soleil doit aussi éprouver sa loi, et s’il n’y a aucun mouvement
des planètes les unes à l’égard des autres qui ne soit l’effet nécessaire de cette
puissance, il faut avouer alors que toute la nature le démontre. »
Isaac Newton (1642-1727)
Voltaire, Eléments d’une philosophie de Newton, 1738.
Questions
1. Voltaire fait allusion dans ce texte à une célèbre légende historique sur la découverte par Newton de la
gravitation. Quelle est-elle ?
Si on suppose qu’une force attractive existe entre le Soleil et les planètes, elle
doit exister entre tous les objets constitués de matière (et dotés d’une masse).
Cette révélation serait venue à Newton alors qu’il observait la chute d’une
pomme dans son jardin.
Le dessinateur Gotlib a franchi le pas avec humour, en imaginant que la
pomme n’était pas tombée dans le jardin par terre…
2. a. Selon quelle direction et quel sens les corps chutent-ils sur Terre ?
Seconde – Sciences Physiques et Chimiques
1ère Partie : L’Univers – Chapitre 4
Activité 4.2a
Correction
Les objets chutent verticalement (direction donnée par le fil à plomb) et vers le sol (i.e. vers le centre de la
Terre).
b. Comment expliquer la chute des corps ?
Tous les objets matériels (ayant une masse) à la surface de la Terre sont attirés par cette dernière : tous chutent,
mais certains sont retenus dans leur chute (trousse posée sur une table).
c. En quoi la Lune est-elle concernée par cette théorie ?
La Lune, elle aussi, est un corps en chute sur la Terre puisqu’elle a une masse. Attirée vers le centre de la
Terre, il va falloir tenter de comprendre pourquoi elle ne s’écrase pas à sa surface…
3. a. La force d’attraction gravitationnelle modélise-t-elle une action mécanique de contact ou à distance ?
L’attraction gravitationnelle est une action mécanique à distance : les corps l’éprouvant ne sont pas
nécessairement en contact pour que ce soit le cas.
b. De quoi dépend l’intensité de la force de gravitation ?
La force de gravitation agit « en proportion de la masse » des corps et « en raison inverse du carré de la
distance » séparant les corps. Par exemple, l’intensité de la force de gravitation exercée par la Terre sur la
pomme dépend de la masse de la pomme et de celle de la Terre, ainsi que de la distance entre la pomme et le
centre de la Terre.
4. En quoi la force d’attraction gravitationnelle est-elle universelle ?
C’est là la révolution apportée par la loi de la gravitation newtonienne : elle s’applique aussi bien aux objets à
la surface de la Terre qu’aux astres, c’est-à-dire à tout l’Univers. A l’époque, ceci est révolutionnaire car
beaucoup restent persuadés qu’il y a le monde corrompu des hommes et celui parfait des Dieux, et que ces
deux mondes ne peuvent évidemment pas être régis par les mêmes lois. Cette idée d’universalité creusera
encore plus l’écart entre science et religion, et appuiera la naissance d’un esprit scientifique bientôt dégagé des
concepts théologiques.