Vitesse de chute et poids

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La vitesse de chute d'un corps dans le vide ne dépend pas de son poids. Ainsi, une plume et un kilo de plomb tombent à la même vitesse dans le vide. Toutefois, la résistance de l'air est à prendre en compte sur terre, et c'est pourquoi la forme de l'objet a une influence.

L'expérience de la plume et du plomb a d'ailleurs été faite avec succès sur la lune par un astronaute, Dave Scott. C'est Galilée qui le premier fit la découverte que la gravité agissait de manière égale sur tous les corps, en lâchant des boules de poids différents en haut de la tour de Pise : il constata qu'elles arrivaient en bas en même temps.


Tous les commentaires (125)

a écrit : Sur base de la loi complète de l'attraction universelle, j'affirme que cette anecdote est fausse. Je m'explique :

La force exercée sur un corps, et donc son accélération (que ce soit sur terre, sur la lune ou même dans l'espace) dépend (entre autres) de la masse des deux corps concernés
: F = G * M1 * M2 / d² (loi de Newton)

F : force exercée sur les deux corps concernés
G : Constante universelle de la gravitation
M1 : Masse du premier corps concerné
M2 : Masse du deuxième corps concerné

Pour le profane, cette loi affirme que la terre et l'objet concerné par l'expérience s'attirent mutuellement avec une force qui dépend de la distance entre les deux et de la masse de chacun des deux.

Si on compare deux objets qui chutent sur terre, la masse de la terre reste la même dans les deux expériences. Mais plus l'objet est lourd, plus il est attiré fortement. (Il est à noter qu'il n'est pas envisageable de "faire tomber" un objet suffisamment massif pour attirer la terre de manière mesurable.)

Pourtant, l'expérience de Newton (qu'elle soit réelle ou non, je n'en discuterai pas) montre que les deux boules de masses différentes touchent le sol en même temps. Cela semble contredire mon explication, mais ce n'est pas le cas : Si les deux boules semblent toucher terre en même temps, c'est parce que la terre est tellement massive que la masse de l'objet de l'expérience importe très très peu, sur les distances de chute concernées. Si on faisait tomber un objet pesant plusieurs milliers de tonnes et un autre pesant quelques grammes, sur une très grande distance, il est probable que l'on commencerait à percevoir une différence. Mais les moyens de mesure employés ne sont pas assez précis pour détecter la différence de temps de chute entre deux boules dont le poids diffère de quelques kilogrammes.

En plus de cela, deux cas se présentent :

1. La chute se fait dans l'air : Dans ce cas, la forme de l'objet détermine s'il est plus ou moins ralenti par le frottement de l'air. Comme ces frottements augmentent avec la vitesse, l'objet finit toujours par atteindre une vitesse maximale. A cette vitesse, l'accélération gravitationnelle est exactement compensée par les frottements, et l'objet conserve sa vitesse. Deux objets de même masse peuvent donc tomber à des vitesses différentes, mais seulement APRES avoir atteint leur vitesse maximale, ce qui peut prendre beaucoup de temps, en fonction de la forme des objets considérés.

2. La chute se fait dans le vide : Pas de force de frottement. Les objets considérés accélèrent encore et encore, pratiquement indéfiniment. En atteignant des vitesses proches de celle de la lumière (presque 300.000 km par seconde), d'autres lois entrent en jeu (relativité), et les détailler ici serait bien trop long. Si les objets sont de masses différentes, le plus lourd accélérera plus vite, et donc distancera le plus léger lors de la "chute"

"Et la distance ?" me direz-vous en relisant la formule... Les distances considérées lors d'une chute "sur terre" sont bien trop petites pour influencer les forces (et donc les accélérations et les vitesses) considérées. Oui, quand l'objet est au niveau de la mer, il est attiré plus fort que quand il est au sommet d'une montagne. Mais c'est une différence trop faible pour être mesuré par des moyens simples.

F = M * g est correct, mais il s'agit d'une simplification de la loi de la gravitation universelle (qui elle-même est une simplification de certaines lois énoncées dans la théorie de la relativité). On peut employer cette simplification si on "garde les pieds sur terre"

C'est ainsi que fonctionne la physique. On utilise une loi en la croyant correcte, jusqu'à ce qu'on se rende compte qu'elle n'est vraie que dans une certaine mesure, dans certaines conditions, etc. A ce moment, on commence à chercher une loi plus générale. Mais à part certaines professions bien précises, qui en a quelque chose à faire que la loi de Newton soit incomplète ? Elle fonctionne bien dans toutes les situations courantes. Il faut jouer au niveau atomique ou au niveau planétaire pour commencer à percevoir des différences...

En conclusion, la vitesse de chute des corps dépend bien de leur masse, mais c'est tellement faible qu'on ne le perçoit pas. Par contre, on perçoit très bien les différences de vitesse dues au frottement de l'air. Donc, quand on supprime le frottement, les objets de masses différentes semblent tomber à la même vitesse.
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Bravo pour ce commentaire très bien expliqué, et très critique.

Tu as tout à fait raison sur le fait que la force subie par le corps qui tombe est proportionnelle à son poids, pas de problème de ce côté-là.

En revanche ton erreur a été de confondre force et accélération, une même force ne fera pas accélérer deux corps de masses différentes de la même façon, plus un corps est massif, plus il est difficile de le déplacer (et donc plus la force à appliquer est grande).

C'est à ce moment-là que ça s'annule, le corps le plus massif subira en effet une force plus élevée, mais la force nécessaire à son accélération est également plus élevée.
Au final les deux corps accéléreront exactement de la même façon.

a écrit : Sur base de la loi complète de l'attraction universelle, j'affirme que cette anecdote est fausse. Je m'explique :

La force exercée sur un corps, et donc son accélération (que ce soit sur terre, sur la lune ou même dans l'espace) dépend (entre autres) de la masse des deux corps concernés
: F = G * M1 * M2 / d² (loi de Newton)

F : force exercée sur les deux corps concernés
G : Constante universelle de la gravitation
M1 : Masse du premier corps concerné
M2 : Masse du deuxième corps concerné

Pour le profane, cette loi affirme que la terre et l'objet concerné par l'expérience s'attirent mutuellement avec une force qui dépend de la distance entre les deux et de la masse de chacun des deux.

Si on compare deux objets qui chutent sur terre, la masse de la terre reste la même dans les deux expériences. Mais plus l'objet est lourd, plus il est attiré fortement. (Il est à noter qu'il n'est pas envisageable de "faire tomber" un objet suffisamment massif pour attirer la terre de manière mesurable.)

Pourtant, l'expérience de Newton (qu'elle soit réelle ou non, je n'en discuterai pas) montre que les deux boules de masses différentes touchent le sol en même temps. Cela semble contredire mon explication, mais ce n'est pas le cas : Si les deux boules semblent toucher terre en même temps, c'est parce que la terre est tellement massive que la masse de l'objet de l'expérience importe très très peu, sur les distances de chute concernées. Si on faisait tomber un objet pesant plusieurs milliers de tonnes et un autre pesant quelques grammes, sur une très grande distance, il est probable que l'on commencerait à percevoir une différence. Mais les moyens de mesure employés ne sont pas assez précis pour détecter la différence de temps de chute entre deux boules dont le poids diffère de quelques kilogrammes.

En plus de cela, deux cas se présentent :

1. La chute se fait dans l'air : Dans ce cas, la forme de l'objet détermine s'il est plus ou moins ralenti par le frottement de l'air. Comme ces frottements augmentent avec la vitesse, l'objet finit toujours par atteindre une vitesse maximale. A cette vitesse, l'accélération gravitationnelle est exactement compensée par les frottements, et l'objet conserve sa vitesse. Deux objets de même masse peuvent donc tomber à des vitesses différentes, mais seulement APRES avoir atteint leur vitesse maximale, ce qui peut prendre beaucoup de temps, en fonction de la forme des objets considérés.

2. La chute se fait dans le vide : Pas de force de frottement. Les objets considérés accélèrent encore et encore, pratiquement indéfiniment. En atteignant des vitesses proches de celle de la lumière (presque 300.000 km par seconde), d'autres lois entrent en jeu (relativité), et les détailler ici serait bien trop long. Si les objets sont de masses différentes, le plus lourd accélérera plus vite, et donc distancera le plus léger lors de la "chute"

"Et la distance ?" me direz-vous en relisant la formule... Les distances considérées lors d'une chute "sur terre" sont bien trop petites pour influencer les forces (et donc les accélérations et les vitesses) considérées. Oui, quand l'objet est au niveau de la mer, il est attiré plus fort que quand il est au sommet d'une montagne. Mais c'est une différence trop faible pour être mesuré par des moyens simples.

F = M * g est correct, mais il s'agit d'une simplification de la loi de la gravitation universelle (qui elle-même est une simplification de certaines lois énoncées dans la théorie de la relativité). On peut employer cette simplification si on "garde les pieds sur terre"

C'est ainsi que fonctionne la physique. On utilise une loi en la croyant correcte, jusqu'à ce qu'on se rende compte qu'elle n'est vraie que dans une certaine mesure, dans certaines conditions, etc. A ce moment, on commence à chercher une loi plus générale. Mais à part certaines professions bien précises, qui en a quelque chose à faire que la loi de Newton soit incomplète ? Elle fonctionne bien dans toutes les situations courantes. Il faut jouer au niveau atomique ou au niveau planétaire pour commencer à percevoir des différences...

En conclusion, la vitesse de chute des corps dépend bien de leur masse, mais c'est tellement faible qu'on ne le perçoit pas. Par contre, on perçoit très bien les différences de vitesse dues au frottement de l'air. Donc, quand on supprime le frottement, les objets de masses différentes semblent tomber à la même vitesse.
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Ysaltar bonjour
Je suis désolé que tu est été lu et approuvé même par certains.
Tout ton raisonnement est bon c chouette
Tu as juste confondu force d'attraction et accélération...
Donc tout ce que tu conclus est complètement faux...
L'anecdote est bien sur complètement vrai et n'est même plus un fait discuté ou discutable...
Cette anecdote n'est pas là pour ouvrir un débat, juste pour apprendre ou rafraichir les connaissances de ceux qui se sont égarés, toi par exemple.

n empeche que quand tu tombes ca pique quand meme et que tu le veuille ou non tu te casse la gueule

C'est vrai, mais Galilée n'a jamais, contrairement a la légende, je té des boules depuis la tour de Pise

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a écrit : Jsuis d' accord avec tottoche c est n importe quoi la masse joue un rôle a partir du moment ou tu parles de gravite et donc d' attraction, il y a une dépendance avec la masse ce que tu dis peut être vrai si tu donnes la même impulsion de départ dans le vide sans parler d' attraction ils atteindront peut être le même point en même temps mais tu peux pas dire que la masse (parce que quand tu parles de poids tu parles en fait de masse) n a rien a voir avec la chute libre... C est de la physique de base... Niveau 1ère S... Afficher tout Bah bonne chance pour le bac man!

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Comment y'en a qui peuvent douter de ça ??? C'est du cour de physique de 3ème les gens !! La vitesse où tombe 2 objet dépend de la pesanteur (sur terre elle est environ de 10g) (g = intensité de la pesanteur, la masse se mesurant en kg et le poids en N) la formule pour obtenir g est N/kg soit le poids divisé par la masse.

Ceci était la piqûre de rappel pour ceux qui dormaient en cours et contredisent l'anecdocte.

En plus, si c'était faux, les astronautes de l'ISS auraient quelques soucis

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a écrit : On va mettre fin au debat. Tout les corps sattirent mutuellement de part leur masse. Ainsi sur terre nos masse repective ( la terre et moi par exemple) nous confère un poid. P= mg. En chute libre si on néglige la résistance de l'air on est soumi k la gravite donc a notre poid... On sait que d'après le théorème de linertie somme des forces = ma ( masse de l'objet fois acceleration) On a donc, attention magie: p= mg et somme des forces = ma. mg=ma donc a = g!!!! Lacceleration ne dépend pas de la masse et donc pas du poid non plus en chute libre.... Ainsi une plume et un char d'assaut tomberaient a la même vitesse si on avait une cloche a vide assez grande pour faire l'expérience... sur terre biensur! Voilou. Afficher tout Bonjour à tous,

J'aimerais qu'on m'éclaire un peu sur ce débat.
Nous savons grâce à toi bigdars que somme des forces = ma et que P = mg : ça c'est OK.
Nous savons donc que g=a dans le vide : OK.
Mais l'anecdote nous dit : "Galilée qui le premier fit la découverte que la gravité agissait de manière égale sur tous les corps, en lâchant des boules de poids différents en haut de la tour de Pise : il constata qu'elles arrivaient en bas en même temps."
Or la nous ne sommes pas dans le vide, il y a donc aussi les force de frottements qui agissent sur les boules.
Nous ne pouvons donc pas dire que a=g mais que mg+f = ma et donc que la chute dépend de la masse du corps non ? Si on suit ma logique les deux objets ne tomberaient pas en même temps si ??
HELP sinon j'envoie un message à Galilée !

a écrit : Bonjour à tous,

J'aimerais qu'on m'éclaire un peu sur ce débat.
Nous savons grâce à toi bigdars que somme des forces = ma et que P = mg : ça c'est OK.
Nous savons donc que g=a dans le vide : OK.
Mais l'anecdote nous dit : "Galilée qui le premier fit la
découverte que la gravité agissait de manière égale sur tous les corps, en lâchant des boules de poids différents en haut de la tour de Pise : il constata qu'elles arrivaient en bas en même temps."
Or la nous ne sommes pas dans le vide, il y a donc aussi les force de frottements qui agissent sur les boules.
Nous ne pouvons donc pas dire que a=g mais que mg+f = ma et donc que la chute dépend de la masse du corps non ? Si on suit ma logique les deux objets ne tomberaient pas en même temps si ??
HELP sinon j'envoie un message à Galilée !
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Bonjour a toi

Le frottement dans l'air est bien entendu présent dans cet exercice mais négligeable.
Un instrument de mesure très pointu nous permetrait de nous rendre compte que les différents objets ne tombent pas absolument en même temps mais avec un infime décalage.
Ceci est lié à la petite différence de poids, à un volume et une surface très peu variable également.
Nul besoin d'être galilée pour savoir qu'une grosse plume tomberait moins vite dans l'air qu'une toute petite bille de plomb.
Et cela car l'écart de la relation "surface de frottement/masse" entre une plume et un plomb est énorme.
En esperant t'avoir éclairé...

C'est d'ailleurs grâce à ça que l'on peut simuler l'apesanteur dans un avion en chute libre comme on tombe à la même vitesse on a l'impression de flotter dans l'avion en faite on tombe à la même vitesse que lui ...

a écrit : Touché le sol ? Dans le vide ? ^^ A ton avis toutes les planètes ont une atmasphère? Les appareils de mise sous vide n'ont pas de fond? "^^"

a écrit : Nul, c'est la masse d'un objet qui compte (a différencier du poids) dans l'attraction des corps. Plus la masse en élevée plus l'attraction d'un corps le sera, c'est proportionnel. Prends donc une cloche à vide et tente l'expérience, même pas imaginable. POURRI Deuxième lois de Newton aussi appeler principe fondamental de la dynamique, masse x gravité = masse x acceleration.
La masse s'annule et n'a pas d'influence sur l'accélération, donc pas non plus sur la vitesse.

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Alors je me permet d'ajouter mon grain de sel. Il me semble, d'après mes souvenirs, que la norme de la force de gravité (attention je vais parler technique) dépend de 3 variables, la masse des deux objets et la distance les séparant. Or, la masse de la terre est nettement plus grande que la masse seule de n'importe quel objet à notre échelle ce qui rend l'influence de la masse de l'objet négligeable. La distance à une influence également très faible (sur une petite échelle). Donc, c'est pour cela que l'on a tendance à utiliser la constante g=9,81m.s-2, alors qu'en théorie il faudrait la recalculer, donc les deux objets ne «chutent» pas vraiment à la même vitesse selon leur masse, mais cette influence n'est pas visible à l'oeil, ou avec un simple chronomètre.
À noter que la lune et la terre, qui sont de même échelle, s'influencent l'un et l'autre au niveau de leur trajectoire, il n'y a qu'à voir les phénomènes de marée, mais je m'égare.

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a écrit : Jsuis d' accord avec tottoche c est n importe quoi la masse joue un rôle a partir du moment ou tu parles de gravite et donc d' attraction, il y a une dépendance avec la masse ce que tu dis peut être vrai si tu donnes la même impulsion de départ dans le vide sans parler d' attraction ils atteindront peut être le même point en même temps mais tu peux pas dire que la masse (parce que quand tu parles de poids tu parles en fait de masse) n a rien a voir avec la chute libre... C est de la physique de base... Niveau 1ère S... Afficher tout Oh putain c'est magique. C'est n'importe quoi et ridicule mais magique. La chute des corps ne dépend pas de la masse d'un objet mais de la masse du corp vers lequel il tombe ( masse de la terre ou masse de la lune ) comme le dis si bien e-penser, tu peux lâcher un piano et une balle de ping pong, dans le vide ils tomberont exactement en même temps. Retourne au collège si pour toi la physique de base est différente de ça.

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Galilée l'a démontré avec une expérience de pensée!

a écrit : On va mettre fin au debat. Tout les corps sattirent mutuellement de part leur masse. Ainsi sur terre nos masse repective ( la terre et moi par exemple) nous confère un poid. P= mg. En chute libre si on néglige la résistance de l'air on est soumi k la gravite donc a notre poid... On sait que d'après le théorème de linertie somme des forces = ma ( masse de l'objet fois acceleration) On a donc, attention magie: p= mg et somme des forces = ma. mg=ma donc a = g!!!! Lacceleration ne dépend pas de la masse et donc pas du poid non plus en chute libre.... Ainsi une plume et un char d'assaut tomberaient a la même vitesse si on avait une cloche a vide assez grande pour faire l'expérience... sur terre biensur! Voilou. Afficher tout Ah, les équations horaires ! La terreur de tous les lycéens en S !

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a écrit : Et si les têtes de noeux, c'est bien vrai même si ça parait bizarre. Dans le vide et donc sans résistance, deux corps en chute libre mettront autant de temps a toucher le sol, qq soit leur forme, poids ou autre! Ceci dit, je préfère recevoir un kg de plumes que un kg de plomb

Contrairement à ce que dit l'anecdote Galilée n'est jamais monté au sommet de la tour de Pise et n'a jamais fait d'expériences de chutes de corps. Cette légende a été inventé par un de ses étudiant et reprise par tout le monde jusqu'à dans les prospectus de l'Office de tourisme de Pise. En 2012 ( année à vérifier), sous la pression de certains historiens, l'office de tourisme de Pise a enfin retiré les représentions de Galilée au sommet de la tour en train de faire des expériences.
D'ailleurs, si Galilée avait fait des expériences, il aurait tout simplement constaté ce que tout le monde savait déjà à l'époque, c'est à dire que les corps lourds tombent plus vite que les corps léger car il n'aurait pas pu éliminer le frottement de l'air en faisant le vide autour de la tour de Pise !!

Galilée a fait une expérience de pensée. C'est à dire, il a imaginer une expérience (sans la réaliser). Son expérience de pensée est la suivante :
on suppose que la loi d'Aristote qui dit que les corps lourds tombent plus vite soit vraie. On prend deux objets, un objet lourd L et un objet léger G. Si on laisse tomber L et G, L va tomber plus vite que G.
On attache une ficelle entre L et G, on obtient ainsi un système S (L et G et la ficelle) plus lourd que L. Donc, S va tomber plus vite que L.
D'un autre côté, pendant la chute de S, la ficelle va se tendre, G -qui tombe moins vite que L- va ralentir (freiner) la chute de L. Et donc, S va tomber moins vite que L. On arrive donc à une contradiction logique. (S tombe plus vite que L et L tombe plus vite que S)...la seule façon de résoudre ce paradoxe est de dire que tous les corps tombent à la même vitesse.
Voilà...pas besoin de réaliser d'expériences pour arriver au résultat de Galilée!! Surtout qu'à son époque réaliser l'expérience en éliminant le frottement de l'air était techniquement impossible.

a écrit : On va mettre fin au debat. Tout les corps sattirent mutuellement de part leur masse. Ainsi sur terre nos masse repective ( la terre et moi par exemple) nous confère un poid. P= mg. En chute libre si on néglige la résistance de l'air on est soumi k la gravite donc a notre poid... On sait que d'après le théorème de linertie somme des forces = ma ( masse de l'objet fois acceleration) On a donc, attention magie: p= mg et somme des forces = ma. mg=ma donc a = g!!!! Lacceleration ne dépend pas de la masse et donc pas du poid non plus en chute libre.... Ainsi une plume et un char d'assaut tomberaient a la même vitesse si on avait une cloche a vide assez grande pour faire l'expérience... sur terre biensur! Voilou. Afficher tout Merci la terminale S !

a écrit : Ceci dit, je préfère recevoir un kg de plumes que un kg de plomb Je pense qu un kilo de plume très compressé, très dense donc, fait autant mal qu un kilo de plomb