12 Avril 2023

Galilée

Galilée et la Tour de Pise (vers 1600)

Galilée n'a pas lâché d'objets différents du haut de la Tour de Pise, mais il a analysé cette chute d'un point de vue théorique et a proposé d'autres moyens de comparer la chute des corps.

Galilée a longuement discuté le fait que dans le champ de gravité de la Terre, tous les corps tombent avec le même mouvement (dans la mesure où la résistance de l'air est négligeable). A-t-il réalisé l'expérience de la Tour de Pise, où il aurait vérifié que deux corps différents tombent à la même vitesse ?
Il discute longuement de cette expérience, en analysant notamment les effets des frottements sur le mouvement, ce qui démontre une bonne familiarité avec les problèmes importants.
En revanche, il n'a sans doute pas fait l'expérience réelle, car la précision réalisable à l'époque n'était pas suffisante – ce dont Galilée était bien conscient. Pour tester la validité de l'universalité de la chute libre, Galilée a proposé des méthodes alternatives, fondées sur l'analyse fine du mouvement accéléré des mobiles et sur les battements des pendules.

Portrait de Galilée
Portrait de Galilée peint par Ottavio Leoni.

Les pendules battent la mesure (1638)

Galilée utilise des pendules pour comparer le mouvement de corps de nature différente.

S'apercevant de la difficulté pratique à vérifier l'universalité de la chute libre en raison des frottements, Galilée cherche d'autres méthodes que le lâcher d'objets d'une grande hauteur.
D'abord, puisque l'écart éventuel entre deux objets différents est sans doute faible, il propose de répéter une courte descente, ce qui permettrait d'additionner de nombreuses fois le court intervalle qui s'intercalerait entre l'arrivée du corps lent et du corps léger.
Ainsi, l'intervalle de temps global deviendrait aisément observable. Ensuite, il propose de minimiser les frottements en prenant des mouvements très lents, par exemple le long de plans inclinés.
Il va même plus loin en proposant un test pratique qui est à la base de ceux qui seront utilisés durant les trois siècles suivants : il compare de nombreuses oscillations de deux pendules différents. Il n'observe aucune différence "la coïncidence est telle que sur mille vibrations comme sur cent, le premier n'acquiert sur le second aucune avance, fût-ce la plus minime" écrit-il. C'est le premier test du principe d'équivalence dont la précision relative peut être estimée à 10-².

Pendule de Galilée
Reconstitution des pendules utilisés par Galilée. A gauche, quatre pendules avec des sphères différentes servaient à vérifier l'isochronisme des pendules. A droite, les pendules de longueur variable permettaient d'établir la relation entre la période d'oscillation d'un pendule et sa longueur.