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Newton: La Physique Classique

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Sir Isaac Newton (1642 - 1727) est incontestablement l'une des personnalités qui légua le plus à la science contemporaine. C'est à lui que nous devons les trois "lois de Newton", la loi de gravitation universelle, et la relativité Newtonienne.

 

La physique de Newton est caractérisée par une vision déterministe, selon laquelle l'univers serait régi par des lois immuables. Chez Newton, le temps, ainsi que l’espace, le lieu, le mouvement, sont absolus. Sa conception déterministe, soutenue par son successeur Simon de Laplace, implique que tout le futur est déterminé par le présent, et que, connaissant les lois du mouvement et les conditions initiales, on peut déterminer avec certitude tout mouvement futur. Sa conception de l'Univers et du temps est donc assez proche de celle que nous avons dans la vie courante.

 

Le Principe de l’Inertie (première loi de Newton)

 

La « première loi » de Newton fut une  reformulation claire et précise du principe d'inertie de Galilée: Dans un repère galiléen, tout corps n’étant soumis à aucune force ou a des forces qui se compensent persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme. Newton éclaircit la notion de l’inertie, en tant que capacité à résister à la mise en mouvement.

 

Voici une illustration du principe d'inertie de Newton:  Si la voiture roule a vitesse constante, le conducteur continue

à être soumis a des forces qui se compensent, meme apres le choc voiture/mur. Il persévère alors dans son mouvement rectiligne uniforme.

 

Deuxième loi de Newton ou Principe Fondamental de la Dynamique

Si la masse est constante,

 

Fi sont les forces exercées sur l'objet, m est sa masse, et a son accélération.

Une forme plus générale, valable également si la masse change au cours du temps est

La force est égale aux changements de quantité de mouvement par unité de temps.

Ceci est souvent récapitulé dans l'équation :

 

Fi sont les forces exercées sur l'objet, est la quantité de mouvement, égale au produit de sa masse m et de sa vitesse .

Ce théorème est appellé théorème de la quantité de mouvement. Pour un solide de masse fixe en mécanique newtonienne, il est équivalent à la seconde loi.

Ainsi, la force nécessaire pour accélérer un objet est le produit de sa masse et de son accélération : plus la masse d'un objet est grande, plus grande est la force requise pour l'accélérer à une vitesse déterminée. Quelle que soit la masse d'un objet, toute force nette non-nulle qui lui est appliquée produit une accélération.

 
La Troisième Loi de Newton
 

Si un corps A exerce sur un corps B une certaine force, alors le second exerce sur le premier une force de même intensité, mais de direction opposée tel que

= - .

 

Les moteurs fusée actuels par exemple fonctionnent  de cette manière. Par réaction chimique  ils produisent des gaz de combustion très chauds  Dans la tuyère, ces gaz sont éjectés à grande vitesse et créent une force dirigée vers le bas (c'est "l’action"). D'après le principe de l'action et de la réaction, le lanceur dont le moteur est solidaire se trouve propulsé dans la direction opposée (c’est la "réaction"). Plus le débit de gaz et la vitesse d'éjection sont élevés, plus la force propulsive (la "poussée") s'en trouve accrue.

 

 
La Loi de La Gravitation Universelle
 

Newton énonça la première véritable théorie scientifique de la gravitation. Inspiré par la philosophie cartésienne, son raisonnement  est le suivant : si on suppose qu'une force attractive existe entre le Soleil et les planètes, elle devrait exister entre tout corps constitué de matière. Newton formule l'hypothèse audacieuse selon laquelle la Lune «tombe» sur la Terre de la même manière qu'un objet (une pomme par exemple...) tombe sur le sol. Mais en raison de sa vitesse initiale, la Lune décrit une trajectoire curviligne. Chute verticale et mouvement orbital sont donc des mouvements de même nature. Puis Newton étend cette hypothèse à tout corps céleste en orbite et aboutit à la loi suivante : «Deux corps quelconques s'attirent selon une force proportionnelle au produit de leur masse et inversement proportionnelle au carré de la distance qui lessépare». Cette force F est toujours attractive, agit à distance, mais aussi intantanément. Cependant Newton ne sut expliquer le "comment" de cette action instantannée.

 

 
L'Espace-Temps de Newton
 

Newton énonça la conception du temps et de l'espace suivante : ces deux notions sont, selon lui, totalement indépendantes, l'espace pouvant se représenter en 3 dimensions tandis que le temps est le même quel que soit l'endroit ou la vitesse à laquelle on se déplace. La base de la physique newtonienne est la supposition de l'existence d'un espace absolu, contenant toute la matière et qui lui préexiste. Plus précisément, cet espace est un espace tridimensionnel vérifiant les propriétés de la géométrie créée par Euclide. Newton alla jusqu'à décrire l'espace comme un objet mathématique.

 

Conclusion

 

Ainsi,

les systèmes mathématiques et modèles manipulés par Newton et ses successeurs sont caractérisés par leur  prévisibilité et leur reproductibilité, pour peu que les conditions initiales soient rétablies à l'identique.

 Pourtant, les Hommes se trouvent régulièrement dans l'incapacité de prévoir l'évolution de certains systèmes, telle la météorologie. Le déterminisme Newtonien va donc être mis en cause par un grand mathématicien et philosophe du XIXe siècle: Henri Poincaré.

 

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