• JC Duval

Grave vs Inerte

On parle de "masse",

et pourquoi on peut se peser même en apesanteur ...

 

Ce billet vient en complément de celui consacré aux balances inertielles.

Dans une navette spatiale il n'y a pas de pesanteur, on ne peut donc pas utiliser de pèse-personne comme sur terre. Mais nous avions vu qu'il est possible de se peser en se balançant ...

Balance inertielle en vol parabolique (source PhilZik)

Une pesée en apesanteur ...

(source : agence spatiale canadienne)


Contrairement à une balance standard qui mesure la masse grave, une balance inertielle comme son nom l'indique mesure la masse inerte.

Mais ces deux masses sont de nature totalement différente et n’ont aucune raison, a priori, d’être identiques.

 

Comme nous allons le voir la masse émerge du rapport entre une force et une accélération.


Loi de la gravitation >>>

Masse grave = Poids/g


Comme l'a énoncé Galilée, dans le vide tous les corps en chute libre tombent à la même vitesse, indépendamment de leur masse.

Pendant la chute, la distance parcourue est proportionnelle au carré du temps écoulé, ou plus précisément :

distance parcourue = 1/2 constante de pesanteur x temps écoulé au carré

Les observations ont révélé que sur la terre cette constante notée g prend une valeur admise de 9,81 m/s².


Newton découvrira la loi universelle qui décrit la gravitation comme une force responsable de la chute des corps et du mouvement des corps célestes.


2eme loi du mouvement >>>

Masse inerte = Force/a


La masse d'un corps est déterminée à partir de l'accélération subie par ce corps quand il est soumis à une force.

Newton toujours, dans sa deuxième loi du mouvement aussi appelée principe fondamental de la dynamique, énonce ainsi que l'accélération 'a' subie par un corps dans un référentiel inertiel - dit encore galiléen - est proportionnelle à la résultante des forces appliquées, et inversement proportionnelle à sa masse inerte.

 

• Au début du XXème siècle dans son principe d'équivalence, Einstein postule qu'être en chute libre dans un champ de gravitation est équivalent à être immobile dans un référentiel inertiel. Ce qui est gravitationnel dans un cas, est inertiel dans l’autre.

Avec l'expérience de l'ascenseur, j'avais abordé le sujet dans un billet consacré à la relativité. En chute libre, vous êtes comme en apesanteur, vous ne sentez plus votre propre poids.

Plus tard, cet élément clé permettra à Einstein de construire sa théorie de la relativité générale.

Le principe d'équivalence


Einstein énonce une équivalence entre gravitation et accélération, ce qui rend les masses grave et inerte comme identiques.

Aucune observation n'est venue à ce jour, contredire ce principe.


Conséquence du principe >>>

masse inerte = masse grave

 

On peut désormais se permettre de parler de "la masse" d'un corps.


Voilà pourquoi vous pouvez vous peser même en apesanteur ... Procurez-vous une balance inertielle et vous pourrez connaître votre poids, tout comme si dans votre salle de bain vous montiez sur un pèse-personne.

 
Newton et la gravitation
La pesanteur sur terre
Calcul de la pesanteur sur terre
Newton et le mouvement

Les 3 lois de Newton en skate - PhilZik

 
Approche quantique

Pour la majorité d'entre nous, la masse est très souvent associée à la quantité de matière, même si Einstein a revu ce principe en définissant la masse d'un corps comme la mesure de son contenu en énergie.

Mais de manière plus profonde, la MQ est venue elle aussi rebattre les cartes, en expliquant cette fois-ci que la masse des particules est due à leur interaction avec un champ quantique, le champ de Higgs.

Pour vous en convaincre, vous pouvez aller lire le billet concernant le boson de Higgs.

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