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La physique au temps de Newton

Pourquoi F = ma et autres questions

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"Nature and Nature's laws lay hidden in night
God said, let Newton be, and all was light"
(La Nature et ses Lois se cachaient dans la nuit.
Dieu dit: que Newton soit! Et tout fut Lumière)
Alexander Pope, poète anglais (1688-1744)

En histoire des sciences, on cite souvent l'année 1905, "Annus mirabilis", année merveilleuse durant laquelle Einstein publie cinq articles qui vont révolutionner la science (deux sur le mouvement brownien, un sur l'effet photoélectrique et deux sur la relativité).

Il faut pourtant également rendre hommage à une autre année, moins connue et pourtant tout aussi révolutionnaire : l'année 1665.

Année qui commence pourtant bien mal : la peste se déclare à Cambridge, obligeant le jeune professeur Isaac Newton à quitter l'Université où il enseigne pour se réfugier dans sa campagne natale, à Woolsthorpe.
Au lieu de profiter de ses vacances, comme l'aurait fait tout bon étudiant, Newton se met alors à travailler comme jamais auparavant. C'est lors de cette retraite forcée qu'il fait ses plus grandes découvertes, en mathématiques, optique et mécanique, comme il le raconte lui-même à son ami et biographe, William Stukeley :

"Au début de l'année 1665, j'ai trouvé la méthode des séries approximantes et la règle pour réduire tout ordre de tout binôme en une telle série. La même année au mois de mai, j'ai trouvé la méthode des tangentes de Grégoire et Slusius, et en novembre j'avais la méthode directe des fluxions, et l'année suivante en janvier j'avais la théorie des couleurs, et en mai j'accédais à la méthode inverse des fluxions. La même année, j'ai commencé à penser à l'extension de la gravité à l'orbite de la lune et à partir des règles de Kepler […], je déduisis que les forces qui maintiennent les planètes dans leurs orbites doivent être comme l'inverse des carrés de leurs distances aux centres autour desquels elles effectuent leur révolution […] Car à cette époque, j'étais à la fleur de l'âge de l'invention et pensais aux mathématiques et à la philosophie plus qu'il ne m'est jamais arrivé depuis."

William Stukeley, Memoirs of sir Isaac Newton's Life, 1752

Le résultat de ces deux ans de réflexion : une révolution scientifique ! Lois du mouvement, mécanique céleste, calcul intégral,… tout vient de là. Voyons comment tout cela a commencé…

Ce tuto s'adresse principalement à des personnes qui connaissent déjà les lois de Newton. Cependant, même si ce n'est pas votre cas, n'hésitez pas à y jeter un coup d'œil quand même, la curiosité est un très bon défaut. J'ai essayé d'aborder ces notions de manière pas trop abrupte, mais si un point vous paraît obscur, n'hésitez pas à venir poser des questions, dans les commentaires ou dans le forum.

Les lois du mouvement

  1. Un homme de principe

    1. Et pour quelques shillings de plus...

    2. Partons sur de bonnes bases...

  2. Vaincre l'inertie...

    1. L'inertie selon Aristote

    2. L'inertie selon Galilée

    3. L'inertie selon Newton

  3. La force est en toi...

    1. Quand la vitesse varie...

    2. Les forces de Newton

    3. Le principe fondamental de la dynamique

  4. Action... réaction...

    1. Les corps réagissent

  5. Les tables de la loi

    1. L'apothéose

La chute des corps

  1. Les expériences de Galilée

    1. Tout ce qui monte....

    2. ... doit redescendre

  2. De la pomme à la Lune

    1. De la pomme...

    2. ... au pendule...

    3. ... à la Lune

Au delà des lois

  1. Une histoire de référentiel

    1. Ne bougez plus !

    2. Galiléen or not galiléen?

    3. Force centrifuges et autres inventions

  2. Une histoire de résistance

    1. L'art de la guerre

    2. L'air fait de la résistance

  3. Une histoire d'énergie

    1. Au travail !

    2. Quelle énergie !

    3. Rien ne se perd

    4. Descartes avait-il tort ?

  4. Conclusion

    1. Conclusion

Annexes

  1. Annexe A: Les démonstrations de Galilée

    1. Théorème I - Proposition I

    2. Théorème II - Proposition II

  2. Annexe B: L'énergie

    1. L'énergie potentielle

    2. L'énergie cinétique

  3. Annexe C: Pour aller plus loin...

    1. Bibliographie

    2. Webographie



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