La gravité : la force qui tient le monde ensemble
Masse et poids, pourquoi tout tombe à la même vitesse sans air, parachutes, marées et astronautes qui flottent. Avec une expérience de parachutes bien menée.
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Tout ce qui a une masse (tout ce qui est fait de matière) attire tout le reste. Toi et ton banc, vous vous attirez aussi, mais bien trop faiblement pour le sentir. La Terre a une masse énorme, donc elle t'attire fort. Plus la masse est grande, plus l'attraction est forte ; plus on est loin, plus elle est faible.[1]
La masse, c'est la quantité de matière qui te compose, et elle reste la même partout. Le poids, c'est la force avec laquelle la gravité t'attire. Sur la Lune, la pesanteur est d'environ 1,6 m/s², contre 9,8 m/s² sur Terre : tu y pèserais environ six fois moins. Sur Mars (3,7 m/s²), un peu plus d'un tiers, et sur Jupiter (23,1 m/s²), presque deux fois et demie plus.[2][1]
Autrefois, on pensait que les objets lourds tombent plus vite. En 1586, l'ingénieur flamand Simon Stevin et son ami Jan Cornets de Groot ont lâché deux boules de plomb de poids différents du haut d'un clocher à Delft. Elles sont arrivées presque en même temps. (Une histoire célèbre dit que Galilée l'a fait du haut de la tour penchée de Pise, mais il n'y a guère de preuves.)[10][11]
Sans air, tout tombe à la même vitesse, quelle que soit la masse. En 1971, l'astronaute David Scott, de la mission Apollo 15, l'a vérifié sur la Lune, où il n'y a pas d'air : un marteau et une plume de faucon ont touché le sol ensemble.[6][3]
Sur Terre, l'air freine les objets qui tombent. C'est la résistance de l'air. Les formes grandes et plates prennent plus d'air : c'est le principe du parachute. La gravité attire le parachute tout aussi fort ; c'est l'air qui le freine davantage.[6]
La gravité agit très loin. Celle de la Terre maintient la Lune sur son orbite, et celle de la Lune attire les océans et provoque les marées. La gravité du Soleil fait tourner la Terre et les autres planètes autour de lui.[1][5]
Les astronautes flottent dans leur station spatiale, mais pas parce qu'il n'y a pas de gravité là-haut. À environ 400 km d'altitude, la gravité vaut encore presque 90 % de sa valeur au sol ! La station et ses occupants tombent ensemble autour de la Terre, et c'est pour ça qu'ils flottent.[4]
Essaie: L'expérience des parachutes
Il te faut
- Un sac en plastique fin ou du papier de soie
- Du fil ou de la ficelle fine, du ruban adhésif et des ciseaux
- Le même petit poids pour chaque parachute (par exemple 3 trombones ou une boulette de pâte à modeler)
- Un chronomètre (ou un téléphone)
- Un mètre ruban
Sécurité
Lâche les parachutes debout, bras levés, ou laisse l'enseignant les lâcher depuis un endroit sûr et stable. Ne monte jamais sur une chaise ou une table. Attention aux ciseaux.
Ce qu'il faut faire
- Découpe trois carrés dans le plastique : 10 cm, 20 cm et 30 cm de côté.
- Colle un fil de 25 cm à chaque coin et attache les quatre fils au même poids.
- Choisis une hauteur de chute (par exemple 2 mètres, mesurés). Lâche toujours de cette hauteur.
- Lâche chaque parachute trois fois et chronomètre le temps qu'il met pour atteindre le sol.
- Calcule le temps moyen pour chaque taille. Quel parachute tombe le plus lentement ?
Que se passe-t-il, et pourquoi ?
La gravité attire chaque parachute avec la même force, puisque le poids est le même. La plus grande voile pousse contre plus d'air : la résistance de l'air est plus grande et le parachute tombe plus lentement. C'est une expérience équitable : tu n'as changé qu'une seule chose (la taille) et gardé le même poids et la même hauteur.[6]
Joue: Planète mystère
Un objet tombe de 10 mètres sur une planète mystère. Observe à quelle vitesse il tombe, puis devine où l'on est : Terre, Lune, Mars ou Jupiter ?
Ton meilleur score est gardé seulement sur cet appareil. Rien n'est envoyé.