Galilée distingue le mouvement à vitesse constante, sans frottements, après une impulsion initiale, et le mouvement à vitesse accélérée qui nécessite une force permanente Les expériences de Galilée

Les expériences de Galilée




Galilée consulte l’un de ses cahiers pendant que l’un de ses élèves démontre le mouvement uniformément accéléré sur un plan incliné. Hélas l’auteur de ce tableau a oublié les clochettes judicieusement réparties en vue de sonner à intervalles de temps réguliers.
Image Scala, Florence in Les Cahiers de Science et Vie n°128, avril 2012

Galilée distingue le mouvement à vitesse constante, sans frottements, après une impulsion initiale, et le mouvement à vitesse accélérée qui nécessite une force permanente

Au musée Galilée à Florence, à mi-chemin entre le Ponte Vecchio et le Musée des Offices, vous pouvez voir ce plan incliné. Le long de cette magnifique boiserie en chêne, reconstituée au XVIIIe, Galilée dispose des clochettes qui sonnent au passage d’une boule. Par approximations successives, comme un accordeur de piano, il espace ses clochettes jusqu’à ce qu’elles sonnent à intervalles de temps réguliers : 1, 2, 3, 4, 5… L’opération finie, Galilée constate que les clochettes sont de plus espacées vers le bas. Les chemins parcourus : 1, 4, 9, 16, 25… sont bien selon les carrés du temps.



Un tableau célèbre, «Römer mesurant le retard de l’occultation d’un satellite de Jupiter du a la vitesse de la lumière», montre un autre exemple de mesure : une corrélation œil oreille cette fois-ci.

Instant crucial. Le premier satellite, Io, approche du cône d’ombre de Jupiter. Olaus Römer lance un dernier regard sur l’horloge 21 secondes, 22…et, l’œil rivé à la lunette, il enchaîne à l’oreille 23, 24, 25…25.2 ( il griffonne la valeur ) 26, 27, et il peut tourner la tête pour vérifier l’enchaînement du décompte de l’aiguille de l’horloge.

A six mois d’intervalle la Terre tantôt s’approche tantôt s’éloigne de Jupiter, la lumière doit alors parcourir un chemin plus long, d’où un allongement apparent de la période de rotation de ce satellite. Römer en déduisit la vitesse de la lumière sur une distance fantastique ? Sur Terre c’était désespéré jusqu’aux mesures de Foucault et Fizeau au XIXe siècle.

Galilée abandonne les vieux qualificatifs et dilemmes entre les mouvements finis et infinis, rectilignes et circulaires, éphémères et perpétuels chers à l’Antiquité. Il distingue:

  • le mouvement à vitesse constante, en roue libre, sans frottements, après une impulsion initiale,
  • le mouvement à vitesse accélérée, pied au plancher, qui nécessite une force permanente.

Du haut de la tour de Pise, photo Lessing*, Galilée laisse tomber une première pierre. C’est un mouvement accélérée du à la pesanteur. Simultanément il lance au loin une deuxième pierre. Cette seconde pierre est soumise à une force supplémentaire de nature différente : une impulsion initiale horizontale. La résultante est une parabole, voyez les brouillons de Galilée. Le chemin parabolique de la deuxième pierre est plus long que la chute verticale, mais les deux pierres atteignent le sol en même temps.


Lessing Egidio, AKG Paris, in Les Cahiers de Science et Vie, Galilée, Un Génie Redécouvert, n°61, février 2001. 



Galilée étudie expérimentalement la composition de deux forces : une impulsion horizontale et une force permanente verticale.

Avec des toboggans de hauteurs différentes il donne à des billes des impulsions différentes. Elles roulent sur la table à des vitesses différentes. Il mesure leur point de chute sur le plancher, et sur des planchers intermédiaires.

Depuis Aristote, on expliquait qu’un boulet, lâché du haut du mât d'un bateau en mouvement, tombait en arrière du mât en raison du déplacement du bateau durant la chute se déplaçait. Ce raisonnement est faux, durant sa chute le boulet continue sur sa lancée horizontale qui est celle du bateau, et tombe au pied du mât. Galilée, le premier, dénonce cette fausse logique d'Aristote ; il a conscience du mouvement d'inertie et affirme que le boulet tombe toujours au pied du mât du navire. Pierre Gassendi vérifie expérimentalement le bien fondé du raisonnement de Galilée. L'expérience attira à l'époque de nombreux curieux : «M. Gassendi ayant été toujours si curieux de chercher à justifier par les expériences la vérité des spéculations que la philosophie lui propose, et se trouvant à Marseille en l'an 1641 fit voir sur une galère qui sortit exprèz en mer par l'ordre de ce prince, plus illustre par l'amour et la connaissance qu'il a des bonnes choses que par la grandeur de sa naissance, qu'une pierre laschée du plus haut du mast, tandis que la galère vogue avec toute la vitesse possible, ne tombe pas ailleurs qu'elle ne feroit si la même galère étoit arrêtée et immobile ; si bien que soit qu'elle aille ou qu'elle n'aille pas, la pierre tombe tousiours le long du mast à son pié et de mesme costé. Cette expérience foite en présence de Monseigneur le Comte d'Allais et d'un grand nombre de personnes qui y assitoirent, semble tenir quelque chose du paradoxe à beaucoup qui ne l'avoient point vue».

Dans son traité Sur le mouvement des corps Gassendi expose avec clarté les raisonnements de Galilée et les étaye par sa vérification expérimentale pédagogique en rade de Marseille. Gassendi avait précédé l’expérience en relevant au fil à plomb l’alignement du point de lâcher et du point de chute.