Pourquoi deux corps tombent-ils en même temps ?

La chute des corps : une histoire de gravité, pas de poids

L’image est classique : Galilée, du haut de la tour de Pise, laisse tomber deux boulets de canon, l’un massif, l’autre plus léger. Contre toute intuition, ils touchent le sol simultanément. Cette expérience, peut-être mythique, illustre un principe fondamental de la physique : en l’absence de résistance de l’air, tous les objets tombent à la même vitesse. Mais pourquoi ? La réponse se trouve dans la subtile distinction entre poids et masse, et dans la manière dont la gravité interagit avec ces deux notions.

La masse d’un objet représente la quantité de matière qu’il contient. C’est une propriété intrinsèque, immuable, que l’on mesure en kilogrammes. Le poids, quant à lui, est la force avec laquelle la gravité attire un objet vers le centre de la Terre. Il se mesure en Newtons et dépend à la fois de la masse de l’objet et de l’intensité du champ gravitationnel. On peut le calculer avec la formule Poids = masse x gravité (P = mg).

L’accélération due à la gravité, représentée par “g” (environ 9,8 m/s² sur Terre), est la clé de l’énigme. Elle indique la vitesse à laquelle un objet en chute libre accélère vers le sol, chaque seconde. Et c’est là le point crucial : “g” est une constante, identique pour tous les objets, quelle que soit leur masse.

Imaginons deux objets : une plume et un marteau. Le marteau, plus massif, subit une force gravitationnelle (son poids) plus importante que la plume. Cependant, cette force plus importante doit mettre en mouvement une masse également plus importante. Ces deux effets se compensent parfaitement. L’accélération résultante, dictée par la gravité, est donc la même pour les deux objets.

En réalité, l’expérience de Galilée ne serait pas aussi parfaite dans l’air ambiant. La résistance de l’air, une force de frottement, s’oppose au mouvement et dépend de la forme et de la surface de l’objet. C’est pourquoi une plume, offrant une grande surface à l’air, tombe plus lentement qu’un marteau. Cependant, dans le vide, où la résistance de l’air est absente, la plume et le marteau chuteraient bel et bien à la même vitesse, confirmant l’élégance et la simplicité de la loi de la gravitation universelle.

Ainsi, la prochaine fois que vous verrez un objet tomber, rappelez-vous que ce n’est pas son poids qui dicte sa vitesse de chute, mais l’interaction subtile entre sa masse et l’attraction universelle de la gravité, une force qui agit de manière équitable sur tout ce qui existe dans l’univers.