La loi de la chute des corps de Galilée : une révolution scientifique

La loi de la chute des corps de Galilée : une révolution scientifique

        Comment Galilée a-t-il pu découvrir la loi de la chute des corps alors qu'elle s'oppose à toutes les observations que l'on fait dans notre vie courante ? En effet, la loi découverte par Galilée affirme que tous les corps tombent à la même vitesse quelque soit leur masse. Or, l'observation commune nous montre que les corps lourds tombent bien plus vite que les corps légers. La marteau tombe plus vite que la plume, et une balle en mousse moins vite qu'une balle en plomb.

        La découverte de la loi de la chute des corps nous montre bien que la science ne se fonde pas simplement sur l'observation. Pour découvrir une loi scientifique, il faut d'abord faire un effort de conceptualisation : il faut raisonner abstraitement pour produire une hypothèse, qu'on confrontera ensuite à l'expérience. On suit donc un raisonnement hypothético-déductif : on construit une hypothèse avant de la tester.

A) Une expérience de pensée

        Le point de départ de la réflexion de Galilée, c'est une expérience de pensée qui montre la fragilité de la théorie d'Aristote sur la chute des corps. Galilée raisonne d’abord à partir de la thèse d'Aristote. Or, il montre, en réfléchissant sur les conséquences de la théorie d'Aristote, qu’il existe un cas où elle conduit à une absurdité.

        En effet, rappelons que la théorie d'Aristote suppose que les corps lourds tombent plus vite que les corps légers. Mais, supposons que l'on prenne deux billes de poids différents : l'une lourde et l'autre légère. La bille légère tombe moins vite que la bille lourde, nous dit Aristote.

        Mais, que se passe-t-il si l'on attache ensemble les deux billes ? On obtient un corps plus lourd que chacune des billes séparément. Ainsi, selon Aristote, le corps constitué par les deux billes devrait tomber plus vite que la bille la plus lourde prise séparément (à gauche sur le dessin). Seulement, toujours selon la théorie d'Aristote, la bille la plus légère devrait ralentir la chute de la bille la plus lourde (comme le ferait un parachute) et ainsi l'assemblage des deux billes devrait tomber moins vite que la bille la plus lourde (à droite sur le dessin).

        La théorie d'Aristote prévoit donc deux situations contradictoires et l'on ne peut pas déterminer laquelle il faut retenir. Pour Galilée, cela montre que la théorie d'Aristote est mal construite, et qu'elle ne peut donc pas être vraie.

B) La construction d'une hypothèse

        Pour résoudre ce problème, Galilée va proposer une autre hypothèse : « Tous les corps tombent à la même vitesse, peu importe leur masse ». Dans cette hypothèse, on peut affirmer que la bille légère et la bille lourde tombent aussi vite l'une que l'autre. Ainsi, l'assemblage des deux billes doit tomber aussi vite que chaque bille.

        Seulement, Galilée est confronté à un autre problème : sa théorie est en contradiction avec l'expérience. Il lui faut donc expliquer pourquoi on observe les objets légers tomber moins vite dans notre expérience ordinaire. Galilée va alors compléter son hypothèse en supposant que c'est la résistance de l'air qui est la cause de la différence que l'on observe. Mais, comment établir la validité de cette hypothèse ?

        Galilée va suivre les étapes de la méthode de hypothético-déductive que nous avons vu :

- Hypothèse : C'est la résistance du milieu (ici l'air) qui est cause de la différence que l'on observe dans la vitesse de chute des corps.

- Prévision : Si l'on supprime la résistance du milieu (si on se place dans le vide), on observera tous les corps tomber à la même vitesse : le marteau tombera aussi vite que la plume. Mais, on peut aussi prévoir que plus un milieu résistera (si l'on fait l'expérience dans l'eau, par exemple) plus la différence de vitesse de chute entre les corps lourds et légers sera grande. Si l'on fait tomber une bille légère et une bille lourde dans l'eau, la différence de vitesse entre les deux sera plus grande que dans l'air.

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