La chute des corps
 
Confronté à une question que mon éditeur avait soulevée à propos de la chute des corps – le poids n'étant pas déterminant dans la vitesse – j'ai cherché une solution sur internet. Bien entendu, les réponses foisonnaient mais la plupart concernaient l'expérience de la plume et du marteau sur la lune. Une fois lâchés, les deux touchent le sol en même temps. L'explication est simple : dans le vide, les objets tombent avec une accélération constante du fait d'une pesanteur identique pour chacun d'eux.

Dans l'air, l'équation se complique. Car chacun a pu constater ou sait intuitivement qu'un corps lourd dépasse le plus léger et touche le sol en premier. Beaucoup d'articles reprennent l'expérience de Galilée : deux boules de forme identique mais de poids différent sont lâchées de la tour de Pise et percutent la terre ferme presque au même moment. Ce "presque" confirme que l'un était plus rapide que l'autre. Selon moi, la hauteur d'expérimentation n'était pas probante. Ainsi, si l'expérience avait été menée avec une boule de polystyrène et une boule de pétanque, cette dernière aurait touché le sol bien avant la première.

En réalité, l'air introduit un frottement qui n'existe pas dans le vide. Plusieurs aspects sont dès lors déterminants : 
- la forme : à poids égal, une feuille de papier tombera moins vite qu'une boule de papier. 
- la taille : à densité égale, un chat tombera moins vite qu'un homme. 
- la densité : à forme égale, une boule de polystyrène tombera moins vite qu'une boule de pétanque. 
Ces constats posés, tentons de comprendre le pourquoi du comment.

Dans le vide, les corps chutent à vitesse constante. Dans l'atmosphère, les corps atteignent une vitesse limite qui correspond à l'équilibre entre la force de gravité et la résistance de l'air. Lorsque l'objet est lâché, il passe de l'immobilisme au mouvement à cause de la pesanteur. Il accélère de façon continue, ce qui augmente les frottements. La vitesse devient constante dès lors que la résistance de l'air annule l'accélération. Par conséquent, la vitesse dépend de l'accélération qui dépend des frottements. Essayez par exemple de déplacer une voiture sans roue : ce sera bien plus compliqué qu'avec des pneumatiques, et pourtant elles font le même poids et vous exercez la même force. Dans une chute, celui qui exerce cette force n'est pas vous mais la pesanteur et l'air remplace la route. Si la résistance de l'air est optimale, comme pour un parachute, l'accélération sera aussitôt freinée et la vitesse limite sera réduite et rapidement atteinte.

Toutefois, le mouvement d'un corps entraîne une force d'inertie. L'inertie peut être imagée par un camion qui mettra d'autant plus de temps à s'arrêter qu'il va vite et qu'il est lourd. Si l'on transpose ce principe à la verticale, l'objet semble moins affecté par l'air quand sa masse est importante. Cette masse dite inerte, au contraire de celle gravitationnelle ou grave, traduit la capacité du corps en question à résister aux actions exercées sur elle. On déviera plus aisément une masse faible comme du polystyrène que d'un amas de ferraille. Un vélo prendra plus facilement un virage qu'un camion lancé à vive allure.

Du fait de l'accélération initiale, le poids intervient dans la vitesse de chute. Mais attention : le plus lourd ne va pas plus vite que le plus léger, il est juste moins freiné par l'air que celui-ci. Je ne pouvais donc affirmer avec une exactitude absolue que : "plus léger que lui, Ezekel tombait moins vite" parce que cela est vrai et faux à la fois. Cependant, coincé dans une scène d'action, je n'avais pas vraiment la possibilité de développer une quelconque démonstration scientifique. La solution à mon problème s'est finalement traduite par "plus léger que lui", ce qui résumait assez bien les forces en présence sans trahir les lois de la physique.

Publié par Alexandre BORDZAKIAN le 2 septembre 2016
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