La gravité et l'impesanteur

Corentin CATHELINAIS

1. I - La gravité et l’impesanteur  

1. 1-La Théorie

        En effet avant de pour voir parler d'impesanteur, il nous faut connaître et comprendre ce qu'est la gravité. La gravité est une force qui s'exerce entre deux corps en fonction de leur masse et de la distance qui les sépare au carré. La gravité est une interaction entre deux corps de masse non nulle. Cette interaction est proportionnelle au produit de leur masse et inversement proportionnelle au carré de leur distance. On peut calculer la force gravitationnel entre un corps A et un corps B par cette formule  où G est une constante gravitationnelle qui est                                                                                          environ égale à 6,67×10-11 N⋅m2⋅kg-2.[pic 1]

Ce schéma nous montre parfaitement le fonctionnement de cette force :

        Cette formule a été mise en place par le célèbre Isaac Newton entre 1665 et 1685. En effet c'est lui qui a mis au point cette équation en se basant sur les travaux de Kepler et sa loi dite « loi de Kepler ».

        Mais quelle rapport avec l'impesanteur me direz-vous ? Et bien c'est simple. L'impesanteur, c'est l'absence de pesanteur. La pesanteur, c'est l'attraction d'un corps doté d'une masse au voisinage de la Terre ou d'un astre. C'est-à-dire que c'est la force qui attire les objets vers la Terre et qui nous permet de pas nous envoler. Cette force se calcule par la formule P=mg avec où                                                                                                                                                                                                           G est la constante gravitationnelle et R la distance qui sépare l'objet de masse m d'un corps céleste dont la masse est M. Cette force de pesanteur se compte en newton, noté g. Cette force est égale à environ 9,8 g. Quand un objet est en impesanteur, le poids de cet objet est normalement de 0.[pic 2]

        C'est ce que nous avons essayé de prouver avec notre expérience. Nous nous sommes demandés par quel moyen il était possible d'annuler la force de pesanteur alors que nous étions sur Terre. Dans un premier temps nous nous sommes penchés sur les moyens déjà existants et nous sommes vite tombés sur l'avion Zero G qui effectue des vole parabolique pour recréer la sensation d'impesanteur. En effet comme nous le savons si 2 objets chutent ensemble la vitesse de leur chute sera la même car ils auront la même accélération qui sera de 9,8 m.s-2. Donc comme les deux objets vont chuter à la même vitesse, ils seront en état d'impesanteur l'un par rapport à l'autre.

1. 2-L'experience

        Il nous fallait donc trouver une solution pour reproduire un état d'impesanteur à petite échelle. Nous avons donc penser faire une sorte de petite boite dans laquelle nous avons placé un playmobile et que nous avons fait tomber de hauteur d’homme. En gros notre démarche était de mettre dans la boite un téléphone qui filmerait la chute du playmobile, de prendre la boite dans nos mains et de la faire tomber. [pic 3]

Après une discussion avec notre professeur, il nous a fait comprendre qu’il fallait que notre expérience soit faite a une plus grande échelle. Nous avons donc décider de faire notre lâché de boite du 4ème étages du lycée(nous avons aussi décider de rajouter une bouteille d’eau pour voire les effet de l’impesanteur sur l’eau). Mais là se posait à nous une seconde problématique. Comment filmer l'intérieur de la boite sans casser notre téléphone ou caméra à la réception ? Nous avons donc penser à mettre une sorte de toile, un filet tenu par nous au niveau de la zone d'atterrissage de la boite.

Les premiers lancés n'ont pas donné des résultats satisfaisants. En effet le playmobile ne s'envolait pas et l’eau ne bougeais pas non plus comme nous l’espérions. Ce dernier restait quasi statique et glissait seulement de gauche à droite. Cela s’expliquait par les mouvements de la boite lors de sa chute, mouvements liés au vent. Nous nous sommes alors demandés si l'échec de notre expérience, ne venait pas du fait que nous étions passés à côté de quelque chose lors de sa création où du fait de notre mauvaise compréhension de l'effet d'impesanteur.[pic 4]

Nous nous sommes alors penchés de plus près sur la deuxième hypothèse. Pourquoi notre playmobile ne s'envolait pas dans les airs comme nous le voyons par exemple avec les passagers d'un Airbus Zéro G ? Nous nous sommes alors à nouveau  penchés dans la théorie. Nous avons observé que l'impesanteur faisait tomber le poids des objet à 0 ou aux alentours de 0. Cependant si aucune « impulsion » n'est donnée a l'objet, il n'y a aucune raison qu'il s'envole. Le problème était donc de prouver que le poids des objets dans la boite tombait à 0 lors de la chute.

Nous avons donc penser à utiliser l'accéléromètre inclus dans nos téléphones pour démontrer cette absence de poids. En effet si les données de l'accéléromètre montre une accélération de 0 et pas de 9,8, cela montre que le poids du téléphone est nul. Nous avons donc penser à enregistrer les données de l'accéléromètre en arrière plan pendant qu'on filmait l'intérieur de la boite. Cependant voici nos résultats :

[pic 5][pic 6]

Comme on peut le voir les données de l'accéléromètre sont totalement fausses car il est impossible que la valeur Y de départ soit de moins de 9,8 m.s-2 (à moins que nous soyons sur une autres planètes ou à très haute altitude). A ce moment-là, nous nous sommes dit qu'il fallait refaire cette expérience en vérifiant que le nous n'avions pas fait d'erreur en fixant le téléphone. Malheureusement le lancé suivant n’a pas été plus concluant :

Nous sommes restés pendant plusieurs semaines bloqués sur ce problème en pensant que c'était un problème de positionnement du téléphone. Puis nous avons émis l’hypothèse que cela pouvait être un problème du logiciel du téléphone. N’avions-nous pas un problème entre vidéo et accéléromètre ? Pour vérifier cela, nous avons mis non pas un seul téléphone faisant les deux tâches mais deux téléphones qui feraient une tâche chacun. Mon téléphone (Samsung Galaxie A3) a été fixé à la boite  pour obtenir les données de son accéléromètre et le téléphone de Romain (Wiko fever ) pour filmer la chute. Puis nous avons refait l’expérience dont voici les résultats :[pic 7]

[pic 8][pic 9]

        Sur ce graphique, nous avons enfin pu observer les résultats que nous attendions. En effet lors du début de la chute (cf graphique), nous observons que notre accéléromètre enregistre une chute instantanée de la pesanteur (passage de 9,8 à 0), ce qui est normal d’après la théorie - et maintenant de la pratique - : un objet qui chute est dans un état d’impesanteur.

On observe aussi qu’à la réception de la boite les données de l’accéléromètre tombent en dessous de 0. Au départ nous pensions a une erreur mais après réflexion nous nous somme rendus compte que notre filet était un peu élastique. Lors de l’impact la boite avait fait un rebond ce qui a inversé la force de pesanteur. Effectivement si un objet est attiré vers le sol, quand il s’en éloigne la force de pesanteur s’inverse et crée ces données négatives dans notre graphique.

Enfin pour finir sur notre graphique les données enregistrées à la fin ne sont pas « logiques » : on s’attend à retrouver une force de 9,8g. Cela s’explique par le fait que nous avons décroché le téléphone et perturbé l’accéléromètre.